Organiskās vielas: piemēri. Organisko un neorganisko vielu veidošanās piemēri. Makroelementi un mikroelementi. Organiskās un neorganiskās vielas cilvēka organismā

Katra zinātne ir pilna ar jēdzieniem, un, ja šie jēdzieni netiek apgūti, vai netiešas tēmas var būt ļoti grūti apgūt. Viens no jēdzieniem, kas būtu labi jāsaprot ikvienam cilvēkam, kurš uzskata sevi par vairāk vai mazāk izglītotu, ir materiālu dalīšana organiskajos un neorganiskajos. Nav svarīgi, cik vecs ir cilvēks, šie jēdzieni ir to sarakstā, ar kuru palīdzību tie nosaka vispārējo attīstības līmeni jebkurā cilvēka dzīves posmā. Lai saprastu atšķirības starp šiem diviem terminiem, vispirms ir jānoskaidro, kas ir katrs no tiem.

Organiskie savienojumi - kas tie ir?

Organiskās vielas ir ķīmisku savienojumu grupa ar neviendabīgu struktūru, kas ietver oglekļa elementi, kas kovalenti saistīti viens ar otru. Izņēmumi ir karbīdi, ogles un karbonskābes. Turklāt viena no sastāvdaļām papildus ogleklim ir ūdeņraža, skābekļa, slāpekļa, sēra, fosfora un halogēna elementi.

Šādi savienojumi veidojas, pateicoties oglekļa atomu spējai veidot vienas, dubultās un trīskāršās saites.

Organisko savienojumu dzīvotne ir dzīvas būtnes. Tās var būt vai nu dzīvo būtņu daļa, vai parādīties to vitālo darbību rezultātā (piens, cukurs).

Organisko vielu sintēzes produkti ir pārtika, medikamenti, apģērba priekšmeti, būvmateriāli, dažādas iekārtas, sprāgstvielas, dažāda veida minerālmēsli, polimēri, pārtikas piedevas, kosmētika u.c.

Neorganiskās vielas - kas tās ir?

Neorganiskās vielas ir ķīmisko savienojumu grupa, kas nesatur elementus oglekli, ūdeņradi vai ķīmiskos savienojumus, kuru sastāvdaļa ir ogleklis. Gan organiskās, gan neorganiskās ir šūnu sastāvdaļas. Pirmie dzīvību sniedzošo elementu veidā, citi ūdens, minerālvielu un skābju, kā arī gāzu sastāvā.

Kas kopīgs organiskajām un neorganiskajām vielām?

Kas varētu būt kopīgs starp diviem šķietami antonīmiem jēdzieniem? Izrādās, ka viņiem ir kaut kas kopīgs, proti:

1. Gan organiskas, gan neorganiskas izcelsmes vielas sastāv no molekulām.
2. Organiskās un neorganiskās vielas var iegūt noteiktas ķīmiskas reakcijas rezultātā.

Organiskās un neorganiskās vielas - kāda ir atšķirība

1. Bioloģiskās ir labāk zināmas un zinātniski pētītas.
2. Pasaulē ir daudz vairāk organisko vielu. Zinātnei zināmais organisko skaits ir aptuveni miljons, neorganisko – simtiem tūkstošu.
3. Lielākā daļa organisko savienojumu ir saistīti viens ar otru, izmantojot savienojuma kovalento raksturu, neorganiskos savienojumus var savienot savā starpā, izmantojot jonu savienojumu.
4. Atšķiras arī ienākošo elementu sastāvs. Organiskās vielas sastāv no oglekļa, ūdeņraža, skābekļa un retāk slāpekļa, fosfora, sēra un halogēna elementiem. Neorganiska - sastāv no visiem periodiskās tabulas elementiem, izņemot oglekli un ūdeņradi.
5. Organiskās vielas ir daudz jutīgākas pret karstu temperatūru un var tikt iznīcinātas pat zemā temperatūrā. Lielākā daļa neorganisko ir mazāk pakļauti ārkārtēja karstuma ietekmei molekulārā savienojuma veida dēļ.
6. Organiskās vielas ir pasaules dzīvās daļas (biosfēras) sastāvdaļas, neorganiskās vielas ir nedzīvās daļas (hidrosfēra, litosfēra un atmosfēra).
7. Organisko vielu sastāvs pēc struktūras ir sarežģītāks nekā neorganisko vielu sastāvs.
8. Organiskās vielas izceļas ar visdažādākajām ķīmisko pārveidojumu un reakciju iespējām.
9. Organisko savienojumu kovalentās saites dēļ ķīmiskās reakcijas ilgst nedaudz ilgāk nekā ķīmiskās reakcijas neorganiskajos savienojumos.
10. Neorganiskās vielas nevar būt pārtikas produkts dzīvām būtnēm, turklāt dažas šāda veida kombinācijas var būt nāvējošas dzīvam organismam. Organiskās vielas ir dzīvās dabas ražots produkts, kā arī dzīvo organismu struktūras elements.

Cilvēka organisms- atvērta bioloģiskā sistēma. Cilvēka ķermenis ir daudzlīmeņu sistēma. Tas sastāv no orgānu sistēmām, katra orgānu sistēma sastāv no orgāniem, katrs orgāns sastāv no audiem, un audi sastāv no šūnām. Katra šūna ir savstarpēji saistītu organellu sistēma.

Cilvēka ķermenis ir atvērta sistēma, kas pastāvīgi apmainās ar vielām un enerģiju ar vidi. No tā skābeklis nonāk organismā gāzu apmaiņas laikā un kopā ar pārtiku, ūdeni un barības vielām. Uz āru organisms izvada no tauku dziedzeriem oglekļa dioksīdu, nesagremotas pārtikas atliekas, urīnu, sviedrus un sekrēcijas.

Ārēji organisms saņem siltumenerģiju un barības vielas (olbaltumvielas, taukus, ogļhidrātus), kuru molekulas uzkrāj ķīmisko enerģiju. Tas izdalās šo vielu sadalīšanās laikā organismā. Daļa ķīmiskās enerģijas tiek tērēta tās dzīves aktivitātes procesam, un pārpalikums siltuma veidā tiek atgriezts ārējā vidē.

Neorganiskās vielas

No visām neorganiskajām vielām ūdens saturs cilvēka organismā ir visaugstākais. Tas veido līdz 90% no embrija masas un līdz 70% no vecāka gadagājuma cilvēka ķermeņa masas. Ūdens ir šķīdinātājs, kas nodrošina vielu transportēšanu organismā. Ūdenī izšķīdušās vielas iegūst mijiedarbības spēju. Ūdens piedalās arī siltuma apmaiņas procesos starp ķermeni un vidi.

Cilvēka organismā ir daudz neorganisku vielu. Daži no tiem atrodas molekulu veidā, piemēram, kalcija savienojumi kaulos, vielas - jonu veidā. Tādējādi dzelzs joni ir iesaistīti skābekļa transportēšanā asinīs, kalcija joni ir nepieciešami muskuļu kontrakcijai, bet kālija un nātrija joni ir nepieciešami nervu impulsu veidošanai un pārnešanai.

Organiskās vielas

Daudzu organisko vielu molekulas sastāv no blokiem – vienkāršām organiskām molekulām. Visām olbaltumvielām ir šāda struktūra. Tie veidojas no aminoskābju molekulām. Parasti aminoskābju ķēde salokās šķiedru vai klubiem līdzīgās struktūrās. Tādā veidā proteīna molekula kļūst kompaktāka un aizņem mazāk vietas šūnā.

Katrs process, kas notiek organismā, ietver desmitiem vai pat simtiem dažādu olbaltumvielu. Olbaltumvielu īpatsvars ir vairāk nekā 50% no šūnu sausās masas. Daži proteīni ir šūnu celtniecības materiāls, citi darbojas muskuļu kontrakcijas laikā, bet citi aizsargā organismu no infekcijām. Gandrīz visas ķīmiskās reakcijas organismā notiek ar enzīmu – olbaltumvielu katalizatoru – palīdzību.

Kompleksie ogļhidrāti

Patīk olbaltumvielas, kompleksie ogļhidrāti veidojas no bloku molekulām. Tādējādi glikogēna bloki ir vienkāršo ogļhidrātu - glikozes - molekulas. Glikoze organismā spēlē enerģijas avota lomu, un glikozes rezerves tiek veidotas glikogēna veidā. Kombinācijā ar olbaltumvielām un citām organiskām vielām ogļhidrāti veic strukturālu funkciju.

Tauki

Tauki- ūdenī nešķīstošas ​​organiskas vielas. Tauku molekula parasti satur glicerīna un taukskābju molekulas. Tauki veido šūnu plazmas membrānas, tie uzkrājas taukaudu šūnās, kas veic aizsargfunkcijas organismā. Tāpat kā glikoze, tauki ir enerģijas avots. Tauku molekula uzglabā vairāk enerģijas nekā glikozes molekula, bet šūnai ir nepieciešams daudz ilgāks laiks, lai iegūtu enerģiju no taukiem nekā no ogļhidrātiem.

ĶĪMISKIE ELEMENTI CILVĒKA ĶERMENĪ (KUKUŠKIN Y. N., 1998), ĶĪMIJA

Cilvēka ķermenim noteikti ir noteikta apmēram 30 ķīmisko elementu loma, bez kuriem tas nevar normāli pastāvēt. Šos elementus sauc par vitāli svarīgiem. Papildus tiem ir elementi, kas nelielos daudzumos neietekmē ķermeņa darbību, bet noteiktā līmenī ir indes.

ĶĪMISKIE ELEMENTI CILVĒKA ĶERMENĪ

Yu N. KUKUŠKINS

Sanktpēterburgas Valsts tehnoloģiskais institūts

IEVADS

Daudzi ķīmiķi ir pazīstami ar slavenajiem vārdiem, ko šī gadsimta 40. gados teica vācu zinātnieki Valters un Ida Noddack, ka katrs bruģakmens uz bruģa satur visus periodiskās tabulas elementus. Sākumā šie vārdi netika uzņemti vienbalsīgi. Tomēr, attīstoties arvien precīzākām ķīmisko elementu analītiskās noteikšanas metodēm, zinātnieki arvien vairāk pārliecinājās par šo vārdu patiesumu.

Ja piekrītam, ka katrs bruģakmens satur visus elementus, tad tam vajadzētu būt arī dzīvam organismam. Visi dzīvie organismi uz Zemes, arī cilvēki, ir ciešā saskarē ar vidi. Dzīve prasa pastāvīgu vielmaiņu organismā. Ķīmisko elementu iekļūšanu organismā veicina uzturs un patērētais ūdens. Saskaņā ar ASV Nacionālās akadēmijas Diētiskās komisijas ieteikumu ķīmisko elementu ikdienas uzņemšanai ar pārtiku jābūt noteiktā līmenī (1. tabula). Katru dienu no ķermeņa jāizvada vienāds skaits ķīmisko elementu, jo to saturs ir relatīvi nemainīgs.

Dažu zinātnieku pieņēmumi sniedzas tālāk. Viņi uzskata, ka dzīvā organismā ne tikai ir visi ķīmiskie elementi, bet katrs no tiem veic noteiktu bioloģisko funkciju. Pilnīgi iespējams, ka šī hipotēze neapstiprināsies. Tomēr, attīstoties pētījumiem šajā virzienā, tiek atklāta arvien lielāka ķīmisko elementu bioloģiskā loma.

Cilvēka ķermenis sastāv no 60% ūdens, 34% organisko vielu un 6% neorganisko vielu. Galvenās organisko vielu sastāvdaļas ir ogleklis, ūdeņradis, skābeklis, tajās ietilpst arī slāpeklis, fosfors un sērs. Cilvēka ķermeņa neorganiskās vielas obligāti satur 22 ķīmiskos elementus: Ca, P, O, Na, Mg, S, B, Cl, K, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cr, Si, Es, F, Se. Piemēram, ja cilvēks sver 70 kg, tad tajā ir (gramos): kalcijs - 1700, kālijs - 250, nātrijs - 70, magnijs - 42, dzelzs - 5, cinks - 3.

Zinātnieki ir vienojušies, ka, ja elementa masas daļa organismā pārsniedz 10 -2%, tad tas jāuzskata par makroelementu. Mikroelementu īpatsvars organismā ir 10 -3 -10 -5%. Ja elementa saturs ir mazāks par 10 -5%, tas tiek uzskatīts ultramikroelements. Protams, šāda gradācija ir patvaļīga. Caur to magnijs nonāk starpreģionā starp makro un mikroelementiem.

1. tabula. Ķīmisko elementu ikdienas uzņemšana cilvēka organismā

DZĪVĪGI ELEMENTI

Neapšaubāmi, laiks ieviesīs korekcijas mūsdienu priekšstatos par noteiktu ķīmisko elementu skaitu un bioloģisko lomu cilvēka organismā. Šajā rakstā mēs turpināsim to, kas jau ir ticami zināms. Makroelementu loma, kas veido neorganiskās vielas, ir acīmredzama. Piemēram, galvenais kalcija un fosfora daudzums nonāk kaulos (kalcija hidroksifosfāts Ca 10 (PO 4) 6 (OH) 2), un hlors sālsskābes veidā ir atrodams kuņģa sulā.

Mikroelementi ir iekļauti iepriekš minētajā 22 elementu sērijā, kas noteikti ir cilvēka organismā. Ņemiet vērā, ka lielākā daļa no tiem ir metāli, un vairāk nekā puse no tiem ir metāli d-elementi. Pēdējie veido koordinācijas savienojumus organismā ar sarežģītām organiskām molekulām. Tādējādi ir noskaidrots, ka daudzi bioloģiskie katalizatori – fermenti satur pārejas metālu jonus ( d-elementi). Piemēram, zināms, ka mangāns ir daļa no 12 dažādiem fermentiem, dzelzs - 70, varš - 30, bet cinks - vairāk nekā 100. Mikroelementus sauc par vitāli svarīgiem, ja to trūkums vai trūkums traucē normālu organisma darbību. Nepieciešamā elementa raksturīga iezīme ir devas līknes zvanveida izskats ( n) - atsaucība ( R, efekts) (1. att.).

Rīsi. 1. Atkarība no atbildes ( R) no devas ( n) svarīgiem elementiem

Ar nelielu šī elementa uzņemšanu ķermenim tiek nodarīts būtisks kaitējums. Viņš darbojas uz izdzīvošanas robežas. Tas galvenokārt ir saistīts ar šo elementu saturošo enzīmu aktivitātes samazināšanos. Palielinoties elementa devai, reakcija palielinās un sasniedz normu (plato). Tālāk palielinot devu, parādās šī elementa pārpalikuma toksiskā iedarbība, kā rezultātā nevar izslēgt nāvi. Līkne attēlā. 1 var interpretēt šādi: visam jābūt ar mēru un ļoti maz un ļoti daudz ir kaitīgi. Piemēram, dzelzs trūkums organismā izraisa anēmiju, jo tas ir daļa no hemoglobīna asinīs, vai drīzāk, tā sastāvdaļa - heme. Pieauguša cilvēka asinīs ir aptuveni 2,6 g dzelzs. Dzīves procesā ķermenis pastāvīgi sadalās un sintezē hemoglobīnu. Lai papildinātu ar hemoglobīna sadalīšanos zaudēto dzelzi, cilvēkam vidēji dienā ar pārtiku jāuzņem aptuveni 12 mg šī elementa. Saikne starp anēmiju un dzelzs deficītu ārstiem ir zināma jau sen, jo tālajā 17. gadsimtā dažās Eiropas valstīs anēmijas gadījumā tika izrakstīta dzelzs šķembu uzlējums sarkanvīnā. Taču arī dzelzs pārpalikums organismā ir kaitīgs. Tas ir saistīts ar acu un plaušu siderozi – slimībām, ko izraisa dzelzs savienojumu nogulsnēšanās šo orgānu audos. Galvenais dzelzs satura regulētājs asinīs ir aknas.

Vara trūkums organismā izraisa asinsvadu iznīcināšanu, patoloģisku kaulu augšanu un saistaudu defektus. Turklāt tiek uzskatīts, ka vara deficīts ir viens no vēža cēloņiem. Dažos gadījumos ārsti saista plaušu vēzi gados vecākiem cilvēkiem ar ar vecumu saistītu vara satura samazināšanos organismā. Tomēr vara pārpalikums organismā izraisa garīgus traucējumus un dažu orgānu paralīzi (Vilsona slimība). Tikai salīdzinoši liels daudzums vara savienojumu ir kaitīgi cilvēkiem. Mazās devās tos izmanto medicīnā kā savelkošu un bakteriostāzes (baktēriju augšanu un vairošanos kavējošu) līdzekli. Piemēram, vara (II) sulfātu lieto konjunktivīta ārstēšanai acu pilienu veidā (25% šķīdums), kā arī trahomas cauterizācijai acu zīmuļu veidā (vara (II) sulfāta sakausējums, kālija nitrāts, alauns un kampars). Ādas apdegumu gadījumā ar fosforu ādu rūpīgi samitrina ar 5% vara (II) sulfāta šķīdumu.

2. tabula. Raksturīgie simptomi ķīmisko elementu deficītam cilvēka organismā

Citu sārmu metālu bioloģiskā funkcija veselīgā organismā joprojām ir neskaidra. Tomēr ir pazīmes, ka, ievadot organismā litija jonus, ir iespējams ārstēt kādu no maniakāli-depresīvās psihozes formām. Šeit ir tabula. 2, no kura redzama citu vitālo elementu svarīgā loma.

PIEMĪSUJUMA ELEMENTI

Ir liels skaits ķīmisko elementu, īpaši smago, kas ir indes dzīviem organismiem - tiem ir nelabvēlīga bioloģiskā ietekme. Tabulā 3 parāda šos elementus saskaņā ar D.I. periodisko tabulu. Mendeļejevs.

3. tabula.

Izņemot beriliju un bāriju, šie elementi veido spēcīgus sulfīdu savienojumus. Pastāv viedoklis, ka indes darbības iemesls ir saistīts ar noteiktu proteīna funkcionālo grupu (īpaši sulfhidrilgrupu) bloķēšanu vai metālu jonu, piemēram, vara un cinka, pārvietošanu no noteiktiem fermentiem. Tabulā norādītie elementi. 3 sauc par piemaisījumiem. Viņu devas un reakcijas diagrammai ir atšķirīga forma salīdzinājumā ar dzīvības glābšanas diagrammu (2. attēls).

Rīsi. 2. Atkarība no atbildes ( R) no devas ( n) piemaisījumu ķīmiskajiem elementiem Līdz noteiktam šo elementu saturam organisms neizjūt nekādu kaitīgu ietekmi, bet ar ievērojamu koncentrācijas pieaugumu tie kļūst toksiski.

Ir elementi, kas salīdzinoši lielos daudzumos ir indīgi, bet mazā koncentrācijā labvēlīgi iedarbojas. Piemēram, arsēns, spēcīga inde, kas traucē sirds un asinsvadu sistēmu un ietekmē nieres un aknas, ir labvēlīga nelielās devās, un ārsti to izraksta, lai uzlabotu ēstgribu. Skābeklim, kas cilvēkam nepieciešams elpošanai, lielā koncentrācijā (īpaši zem spiediena) ir toksiska iedarbība.

No šiem piemēriem ir skaidrs, ka elementa koncentrācijai organismā ir ļoti nozīmīga un dažreiz arī katastrofāla loma. Starp piemaisījumu elementiem ir arī tie, kuriem nelielās devās ir efektīvas ārstnieciskas īpašības. Tādējādi sudraba un tā sāļu baktericīdā (izraisot dažādu baktēriju nāvi) īpašība tika pamanīta jau sen. Piemēram, medicīnā koloidālā sudraba (kollargola) šķīdumu izmanto strutojošu brūču, urīnpūšļa, hroniska cistīta un uretīta mazgāšanai, kā arī acu pilienu veidā strutojoša konjunktivīta un blenorejas gadījumā. Sudraba nitrāta zīmuļi tiek izmantoti kārpu un granulu kodināšanai. Atšķaidītos šķīdumos (0,1-0,25%) sudraba nitrātu izmanto kā savelkošu un pretmikrobu līdzekli losjoniem, kā arī kā acu pilienus. Zinātnieki uzskata, ka sudraba nitrāta cauterizing iedarbība ir saistīta ar tā mijiedarbību ar audu olbaltumvielām, kas izraisa sudraba olbaltumvielu sāļu - albuminātu - veidošanos. Sudrabs vēl nav klasificēts kā vitāli svarīgs elements, taču jau eksperimentāli ir noskaidrots tā palielinātais saturs cilvēka smadzenēs, endokrīnos dziedzeros un aknās. Sudrabs nonāk organismā ar augu pārtiku, piemēram, gurķiem un kāpostiem.

Rakstā ir parādīta periodiskā tabula, kurā raksturota atsevišķu elementu bioaktivitāte. Novērtējums pamatojas uz konkrēta elementa deficīta vai pārmērības simptomu izpausmi. Tas ņem vērā šādus simptomus (iedarbības pieauguma secībā): 1 - apetītes zudums; 2 - nepieciešamība mainīt diētu; 3 - būtiskas izmaiņas audu sastāvā; 4 - palielināts vienas vai vairāku bioķīmisko sistēmu bojājums, kas izpaužas īpašos apstākļos; 5 - šo sistēmu nespēja īpašos apstākļos; 6 - subklīniskās nespējas pazīmes; 7 - nespējas un palielināta bojājuma klīniskie simptomi; 8 - kavēta augšana; 9 - reproduktīvās funkcijas trūkums. Galējā ķermeņa elementa trūkuma vai pārmērības izpausmes forma ir nāve. Elementa bioaktivitāte tika novērtēta deviņu punktu skalā atkarībā no simptoma rakstura, kuram tika noteikta specifika.

Ar šo novērtējumu svarīgākie elementi tiek raksturoti ar augstāko punktu skaitu. Piemēram, elementi ūdeņradis, ogleklis, slāpeklis, skābeklis, nātrijs, magnijs, fosfors, sērs, hlors, kālijs, kalcijs, mangāns, dzelzs utt. tiek raksturoti ar 9 ballēm.

SECINĀJUMS

Atsevišķu ķīmisko elementu bioloģiskās lomas noteikšana dzīvo organismu (cilvēku, dzīvnieku, augu) funkcionēšanā ir svarīgs un aizraujošs uzdevums. Minerālvielas, tāpat kā vitamīni, bieži darbojas kā koenzīmi, lai katalizētu ķīmiskās reakcijas, kas organismā notiek visu laiku.

Speciālistu centieni ir vērsti uz atsevišķu elementu bioaktivitātes izpausmes mehānismu atklāšanu molekulārā līmenī (sk. N.A. Ulakhnoviča rakstus “Metālu kompleksi dzīvajos organismos”: Sorosa izglītības žurnāls. 1997. Nr. 8. P. 27- 32. D.A. Lemenovskis “Metālu savienojumi dzīvajā dabā”: Nr. 9. P. 48-53). Nav šaubu, ka dzīvajos organismos metālu joni galvenokārt atrodami koordinācijas savienojumu veidā ar “bioloģiskām” molekulām, kas darbojas kā ligandi. Telpas ierobežojumu dēļ rakstā ir materiāli, kas galvenokārt saistīti ar cilvēka ķermeni. Noskaidrot metālu lomu augu dzīvē neapšaubāmi noderēs lauksaimniecībai. Darbs šajā virzienā tiek plaši veikts dažādu valstu laboratorijās.

Ļoti interesants jautājums ir par principiem, kā dabā tiek atlasīti ķīmiskie elementi dzīvo organismu funkcionēšanai. Nav šaubu, ka to izplatība nav noteicošais faktors. Vesels ķermenis pats spēj regulēt atsevišķu elementu saturu. Ņemot vērā izvēli (pārtika un ūdens), dzīvnieki var instinktīvi veicināt šo regulējumu. Augu iespējas šajā procesā ir ierobežotas. Cilvēka apzināta mikroelementu satura regulēšana lauksaimniecības zemju augsnē arī ir viens no svarīgākajiem pētnieku uzdevumiem. Zinātnieku iegūtās zināšanas šajā virzienā jau ir veidojušās jaunā ķīmijas zinātnes nozarē - bioneorganiskajā ķīmijā. Tāpēc der atgādināt izcilā 19.gadsimta zinātnieka A.Amperes teikto: “Laimīgi ir tie, kas zinātni attīsta gados, kad tā nav pabeigta, bet kad tajā jau nobriedis izšķirošs pavērsiens.” Šie vārdi var būt īpaši noderīgi tiem, kas saskaras ar profesijas izvēli.

1. Ershov Yu.A., Pleteneva T.V. Neorganisko savienojumu toksiskās iedarbības mehānismi. M.: Medicīna, 1989.

2. Kukushkin Yu.N. Augstākas kārtas savienojumi. L.: Ķīmija, 1991. gads.

3. Kukuškins Yu.N. Ķīmija ir mums visapkārt. M.: Augstāk. skola, 1992. gads.

4. Lazarevs N.V. Farmakoloģijas evolūcija. L.: Izdevniecība Voen.-med. akad., 1947. gads.

5. Neorganiskā bioķīmija. M.: Mir, 1978. T. 1, 2 / Red. G. Eihhorns.

6. Vides ķīmija / Red. Džo. Bockris. M.: Ķīmija, 1982. gads.

7. Yatsimirsky K.B. Ievads bioneorganiskajā ķīmijā. Kijeva: Nauk. Dumka, 1973. gads.

8. Kaim W., Schwederski B. Bioinorganic Chemistry: Neorganic Elements in the Chemistry of Life. Chichester: John Wile and Sons, 1994. 401 lpp.

Jurijs Nikolajevičs Kukuškins, ķīmijas zinātņu doktors, profesors, vadītājs. Sanktpēterburgas Valsts tehnoloģiskā institūta Neorganiskās ķīmijas katedra, Krievijas Federācijas godātais zinātnieks, vārdā nosauktās balvas laureāts. L.A. Čugajevs no PSRS Zinātņu akadēmijas, Krievijas Dabaszinātņu akadēmijas akadēmiķis. Zinātnisko interešu joma: koordinācijas ķīmija un platīna metālu ķīmija. Vairāk nekā 600 zinātnisku rakstu, 14 monogrāfiju, mācību grāmatu un populārzinātnisku grāmatu, 49 izgudrojumu autors un līdzautors.

Šūna ir dzīvo organismu elementāra struktūrvienība. Visām dzīvajām būtnēm – vai tie būtu cilvēki, dzīvnieki, augi, sēnītes vai baktērijas – kodolā ir šūna. Kāda cilvēka ķermenī ir daudz šo šūnu – simtiem tūkstošu šūnu veido zīdītāju un rāpuļu ķermeni, bet kāda organismā to ir maz – daudzas baktērijas sastāv tikai no vienas šūnas. Bet šūnu skaits nav tik svarīgs kā to klātbūtne.

Jau sen zināms, ka šūnām piemīt visas dzīvo būtņu īpašības: tās elpo, barojas, vairojas, pielāgojas jauniem apstākļiem un pat mirst. Un, tāpat kā visas dzīvās būtnes, šūnas satur organiskas un neorganiskas vielas.

Daudz vairāk, jo tas ir arī ūdens, un, protams, lielākā daļa no sadaļas, ko sauc par "šūnas neorganiskajām vielām", tiek atvēlēta ūdenim - tas veido 40-98% no kopējā šūnas tilpuma.

Ūdens šūnā pilda daudzas svarīgas funkcijas: nodrošina šūnas elastību, tajā notiekošo ķīmisko reakciju ātrumu, ienākošo vielu kustību pa visu šūnu un to izvadīšanu. Turklāt daudzas vielas izšķīst ūdenī, tas var piedalīties ķīmiskās reakcijās, un tieši ūdens ir atbildīgs par visa ķermeņa termoregulāciju, jo ūdenim ir laba siltumvadītspēja.

Šūnas neorganiskās vielas papildus ūdenim ietver arī daudzas minerālvielas, kas sadalītas makroelementos un mikroelementos.

Makroelementi ietver tādas vielas kā dzelzs, slāpeklis, kālijs, magnijs, nātrijs, sērs, ogleklis, fosfors, kalcijs un daudzas citas.

Mikroelementi galvenokārt ir smagie metāli, piemēram, bors, mangāns, broms, varš, molibdēns, jods un cinks.

Ķermenis satur arī ultramikroelementus, tostarp zeltu, urānu, dzīvsudrabu, rādiju, selēnu un citus.

Visas šūnas neorganiskās vielas spēlē savu svarīgu lomu. Tādējādi slāpeklis ir iesaistīts ļoti dažādos savienojumos – gan proteīnos, gan neolbaltumvielās, un veicina vitamīnu, aminoskābju un pigmentu veidošanos.

Kalcijs ir kālija antagonists un kalpo kā līme augu šūnām.

Dzelzs ir iesaistīts elpošanas procesā un ir daļa no hemoglobīna molekulām.

Varš ir atbildīgs par asins šūnu veidošanos, sirds veselību un labu apetīti.

Bors ir atbildīgs par augšanas procesu, īpaši augos.

Kālijs nodrošina citoplazmas koloidālās īpašības, olbaltumvielu veidošanos un normālu sirds darbību.

Nātrijs nodrošina arī pareizu sirdsdarbības ritmu.

Sērs ir iesaistīts dažu aminoskābju veidošanā.

Fosfors ir iesaistīts ļoti daudzu būtisku savienojumu veidošanā, piemēram, nukleotīdu, dažu enzīmu, AMP, ATP, ADP veidošanā.

Un tikai ultramikroelementu loma joprojām ir pilnīgi nezināma.

Bet šūnas neorganiskās vielas vien nevarēja padarīt to pilnīgu un dzīvu. Tikpat svarīgas ir arī organiskās vielas.

C ietver ogļhidrātus, lipīdus, fermentus, pigmentus, vitamīnus un hormonus.

Ogļhidrātus iedala monosaharīdos, disaharīdos, polisaharīdos un oligosaharīdos. Mono-di- un polisaharīdi ir galvenais enerģijas avots šūnām un organismam, bet ūdenī nešķīstošie oligosaharīdi salīmē saistaudus un aizsargā šūnas no nelabvēlīgas ārējās ietekmes.

Lipīdi tiek sadalīti pašos taukos un lipoīdos - taukiem līdzīgās vielās, kas veido orientētus molekulāros slāņus.

Fermenti ir katalizatori, kas paātrina bioķīmiskos procesus organismā. Turklāt fermenti samazina enerģijas daudzumu, kas patērēts, lai panāktu molekulas reaktivitāti.

Vitamīni ir nepieciešami, lai regulētu aminoskābju un ogļhidrātu oksidēšanos, kā arī pilnvērtīgai augšanai un attīstībai.

Hormoni ir nepieciešami, lai regulētu ķermeņa darbību.

Atcerieties vielas, kas organismiem nepieciešamas viņu dzīvībai. Kāda loma ūdens šķīdumiem ir dabā un cilvēka dzīvē? Kāda veida ķīmiskā saite pastāv ūdens molekulā? Kas ir joni un kā tie veidojas?

Dzīvo organismu ķīmiskie elementi

Augu un dzīvnieku šūnas satur vairāk nekā 70 ķīmiskos elementus. Bet šūnā nav nekādu īpašu, tikai dzīvajai dabai raksturīgu elementu. Tie paši elementi ir sastopami arī nedzīvajā dabā.

Visi ķīmiskie elementi pēc to satura dzīvā šūnā tiek iedalīti trīs grupās: makroelementi, mikroelementi un ultramikroelementi.

Elementi O, C, H, N dažkārt tiek uzskatīti par atsevišķu organogēno elementu grupu, jo tie ir daļa no visām organiskajām vielām un veido līdz 98% no dzīvās šūnas masas.

Dzīvo organismu neorganiskās vielas

Studējot ķīmiju, jūs uzzinājāt par tādām vielu grupām kā skābes, sāļi, oksīdi utt. Tās visas ir izplatītas nedzīvajā dabā, ārpus dzīviem organismiem. Tāpēc tās sauc par neorganiskām vielām. Bet tas nenozīmē, ka dzīvajos organismos tie vispār nepastāv. Tie pastāv un spēlē ļoti nozīmīgu lomu dzīvības procesos.

Neorganiskās vielas dzīvos organismos parasti nonāk no ārējās vides ar pārtiku (dzīvniekiem) vai ar ūdens šķīdumu caur ķermeņa virsmu (augos, sēnēs un baktērijās). Bet dažos gadījumos dzīvie organismi var tos sintezēt paši. Piemēram, mugurkaulnieku kuņģa šūnas sintezē hlorīdu skābi. Tas ļauj efektīvāk sagremot pārtiku, jo skābā vidē darbojas daudzi gremošanas enzīmi. Daudzi plēsīgie mīkstmieši arī neatkarīgi ražo sulfātskābi savos siekalu dziedzeros. Šī skābe var iznīcināt upuru čaulas un ārējos apvalkus.

Neorganisko vielu funkcijas šūnā

Dzīvos organismos neorganiskos savienojumus var atrast gan izšķīdinātā (jonu veidā), gan neizšķīdinātā veidā. Daudzi sāļi ir izšķīdinātā veidā.

Nešķīstošie neorganiskie savienojumi ir svarīgi arī dzīviem organismiem. Piemēram, kalcija un fosfora sāļi ir daļa no dzīvnieka skeleta un nodrošina tā izturību (2.1. att., 10. lpp.). Bez šādām vielām cilvēkam nav iespējams izveidot veselus zobus.

Arī no neorganiskām vielām var veidoties dažādas dzīvnieku organismu struktūras (2.2. att.).

Ūdens īpašības

Ūdens īpašības nosaka tā molekulas struktūras īpatnības, kā arī molekulu savstarpējās saites.

Kā jau zināms, ūdens molekulā (ķīmiskā formula - H 2 O) starp Ūdeņraža un Skābekļa atomiem ir kovalentā polārā saite (2.3. att.). Tas nozīmē, ka uz skābekļa atoma veidojas daļējs negatīvs lādiņš (S -), bet uz ūdeņraža atomiem – pozitīvs lādiņš (S+). Vienas ūdens molekulas pozitīvi lādētais ūdeņraža atoms tiek piesaistīts citas ūdens molekulas negatīvi lādētajam skābekļa atomam. Šo saiti sauc par ūdeņraža saiti.

Ūdeņraža saite ir aptuveni 15-20 reizes vājāka nekā kovalentā saite. Tāpēc ūdeņraža saite ir salīdzinoši viegli pārrauta, kas notiek, piemēram, ūdenim iztvaikojot. Šķidrā stāvoklī ūdeņraža saites starp ūdens molekulām nepārtraukti pārtrūkst un veidojas no jauna.

Ūdens bioloģiskā loma

Dzīvos organismos ūdens pilda daudzas funkcijas: šķīdinātāja, transporta, vielmaiņas, termoregulācijas, strukturālas funkcijas.

Ūdens ir universāls šķīdinātājs. Vielas, kas piedalās lielākajā daļā bioloģisko reakciju, organismā atrodamas ūdens šķīdumā.

Ūdens transporta loma šūnām un organismiem kopumā ir ļoti svarīga. Izšķīdušās vielas kopā ar ūdeni var pārnest no vienas šūnas daļas uz otru. Un starp dažādām daudzšūnu organismu daļām tie tiek pārnesti kā daļa no īpašiem šķidrumiem (piemēram, asinīs). Ūdens iztvaikošana ar augu lapām liek tam virzīties uz augšu no saknēm. Tajā pašā laikā pārvietojas arī ūdenī izšķīdušās vielas.

Ūdens molekulas veic vielmaiņas funkciju, kad tās piedalās vielmaiņas reakcijās (sauktas par bioķīmiskajām reakcijām). Ūdens termoregulācijas funkcija ir ārkārtīgi svarīga organismu ķermeņa temperatūras uzturēšanai. Kad, piemēram, cilvēks svīst, ūdens iztvaiko, pazeminot viņa ķermeņa temperatūru.

Ūdens strukturālā funkcija ir skaidri redzama augos un dažiem bezmugurkaulniekiem. Augi saglabā savu lapu un zālaugu stublāju formu, jo palielinās spiediens to šūnās, kas piepildītas ar ūdeni. Un daudziem tārpiem ķermeņa formu uztur paaugstināts ūdens spiediens ķermeņa dobumos.

Dzīvie organismi satur gan organiskas, gan neorganiskas vielas. Neorganiskās vielas ir ūdens, sāļi, skābes un citi savienojumi. Viņiem ir svarīga loma dzīvo organismu dzīvē. Ūdens rada vidi, kurā notiek vielmaiņas reakcijas. Citas neorganiskās vielas ir iesaistītas skeleta veidošanā, nervu, gremošanas un citu ķermeņa sistēmu darbībā.

Pārbaudi savas zināšanas

1. Kādas neorganiskās vielas atrodas dzīvos organismos? 2. Pierādiet ar piemēriem, ka ūdens īpašībām ir liela nozīme dzīvām šūnām. 3. Kādas funkcijas dzīvajos organismos var veikt skābes? 4*. Kādas sekas Na sāļu zudums var radīt cilvēka ķermenim?

Šis ir mācību grāmatas materiāls