Tabel 4.1

Funktion af makroelementer i kroppen

Elementer	Fungere	Fejl
Fosfor	Deltager i konstruktionen af ​​alle kroppens celler, i alle metaboliske processer, er meget vigtig for hjernens funktion, og deltager i dannelsen af ​​hormoner.	Kronisk træthed, nedsat opmærksomhed. Immundefekt tilstande. Nedsat modstand mod infektioner. Dystrofiske ændringer i myokardiet. Osteoporose.
Calcium	Dannelse af knoglevæv, mineralisering af tænder. Deltagelse i blodkoagulationsprocesser. Regulering af cellemembranpermeabilitet. Regulering af nerveledningsprocesser og muskelsammentrækninger. Opretholdelse af stabil hjerteaktivitet. Aktivator af enzymer og hormoner.	Generel svaghed, øget træthed. Smerter, muskelkramper. Forstyrrelser i vækstprocesser. Skeletafkalkning, osteoporose, skeletdeformitet. Immunitetsforstyrrelser. Nedsat blodpropper, blødning.
Magnesium	Deltagelse i metaboliske processer, interaktion med kalium, natrium, calcium. Aktivator til mange enzymatiske reaktioner. Regulering af neuromuskulær ledning, glat muskeltonus	Irritabilitet, hovedpine, svingninger blodtryk, hjerteslag.
Kalium	Hjælper med at producere næsten alle enzymer. Ansvarlig for hjerteledning og tilstanden af ​​det kardiovaskulære system som helhed. Dannelse elektrisk potentiale ved udveksling med natriumioner (" kalium-natrium pumpe»)	Hjertearytmier, døsighed, muskelsvaghed, kvalme, urinretention, nedsat blodtryk.
Natrium	Giver syre-base balance. Hjælper væv med at holde på vand. Dannelse af elektrisk potentiale ved udveksling med kaliumioner ("kalium-natriumpumpe")	Vægttab, svaghed, hårtab, tarmlidelser, muskelspasmer
Jern	Deltager i produktionen af ​​hæmoglobin og respiratoriske enzymer. Stimulerer hæmatopoiesis.	Jernmangelanæmi og hypoxi. Hovedpine, hukommelsestab. Nedsættelse af mentale og fysisk udvikling hos børn. Cardiopalmus. Immunundertrykkelse. Øget risiko for at udvikle infektions- og tumorsygdomme.

Tabel 4. 1 (slut)

Funktion af mikroelementer og ultramikroelementer i den menneskelige krop

Elementer	Fungere	Fejl
Jod	Spiller vigtig rolle i dannelsen af ​​skjoldbruskkirtelhormonet - thyroxin.	Skjoldbruskkirtlens funktioner er forstyrret, og med jodmangel ændres dens struktur også - op til udviklingen af ​​struma.
Chrom	Styrer behandlingen af ​​sukkerarter og andre kulhydrater, insulinmetabolisme.	Øget blodsukker, nedsat glukoseoptagelse og ved længerevarende mangel kan diabetes udvikle sig.
Kobber	Deltager i syntesen af ​​røde blodlegemer, kollagen (ansvarlig for hudens elasticitet) og fornyelse af hudceller. Fremmer korrekt optagelse af jern.	Anæmi, nedsat pigmentering af hår og hud, temperatur under normal, psykiske lidelser.
Selen	Bremser ældningsprocessen, styrker immunforsvaret. Det er en naturlig antioxidant - beskytter celler mod kræft.	Nedsat immunitet, forringelse af hjertefunktionen
Zink	Hjælper pancreasceller med at producere insulin. Deltager i fedt-, protein- og vitaminstofskiftet, syntesen af ​​en række hormoner. Stimulerer reproduktiv funktion hos mænd, generel immunitet, modstand mod infektioner.	Forsinket psykomotorisk udvikling hos børn, skaldethed, dermatitis, nedsat immunitet og reproduktiv funktion, irritabilitet, depression.
Mangan	Deltager i oxidative processer, fedtsyremetabolisme og kontrollerer kolesterolniveauet.	Kolesterolmetabolismeforstyrrelser, vaskulær aterosklerose.
Molybdæn	Stimulerer stofskiftet, hjælper med normal nedbrydning af fedtstoffer.	Lipid (fedt) og kulhydrat metabolisme forstyrrelser, fordøjelsesproblemer.
Fluor	Deltager i dannelsen af ​​hårdt tandvæv og tandemalje. Styrken af ​​knogler afhænger i høj grad af det.	Skrøbelighed af tandemalje, inflammatoriske tandkødssygdomme (for eksempel paradentose).
Kobolt	Aktiverer en række enzymer, øger proteinproduktionen, deltager i produktionen af ​​vitamin B12 og dannelsen af ​​insulin.	Vitamin B12-mangel, som fører til stofskifteforstyrrelser.

Organisk stof

Organiske forbindelser udgør i gennemsnit 20-30 % af en levende organismes cellemasse. Disse omfatter biologiske polymerer - proteiner, nukleinsyrer og polysaccharider, samt fedtstoffer og en række med lav molekylvægt organisk stof– aminosyrer, simple sukkerarter, nukleotider mv.

Polymerer - kompleks forgrenet eller lineære molekyler, som nedbrydes til monomerer ved hydrolyse. Hvis en polymer består af en type monomer, kaldes en sådan polymer en homopolymer; hvis polymermolekylet indeholder forskellige monomerer, er det en heteropolymer.

Hvis en gruppe af forskellige monomerer i et polymermolekyle gentages, er det en regulær heteropolymer; hvis der ikke er nogen gentagelse af en bestemt gruppe af monomerer, er det en uregelmæssig heteropolymer.

Som en del af cellen er de repræsenteret af proteiner, kulhydrater, fedtstoffer, nukleinsyrer (DNA og RNA) og adenosintrifosfat (ATP).

Egern

Af cellens organiske stoffer kommer proteiner først i mængde og betydning. Proteiner eller proteiner (fra det græske protos - først og fremmest) er højmolekylære heteropolymerer, organiske stoffer, der nedbrydes under hydrolyse til aminosyrer.

Simple proteiner (kun bestående af aminosyrer) indeholder kulstof, brint, nitrogen, oxygen og svovl.

Nogle proteiner (komplekse proteiner) danner komplekser med andre molekyler indeholdende fosfor, jern, zink og kobber - det er komplekse proteiner, der udover aminosyrer også indeholder en ikke-protein - protesegruppe. Det kan repræsenteres af metalioner (metalloproteiner - hæmoglobin), kulhydrater (glykoproteiner), lipider (lipoproteiner), nukleinsyrer (nukleoproteiner).

Proteiner har en enorm molekylvægt: Et af proteinerne, mælkeglobulin, har en molekylvægt på 42.000.

Proteiner er uregelmæssige heteropolymerer, hvis monomerer er a-aminosyrer. Der er fundet over 170 forskellige aminosyrer i celler og væv, men proteiner indeholder kun 20 a-aminosyrer.

Afhængigt af om aminosyrer kan syntetiseres i kroppen, skelnes de mellem: ikke-essentielle aminosyrer - ti aminosyrer syntetiseret i kroppen og essentielle aminosyrer– aminosyrer, der ikke syntetiseres i kroppen. Essentielle aminosyrer skal tilføres kroppen gennem maden.

Afhængigt af aminosyresammensætningen, proteiner er fuldstændige, hvis de indeholder hele sættet af essentielle aminosyrer og defekt, hvis nogle essentielle aminosyrer mangler i deres sammensætning.

Den generelle formel for aminosyrer er vist i figuren. Alle α -aminosyrer kl α -Carbonatomet indeholder et hydrogenatom, en carboxylgruppe (-COOH) og en aminogruppe (-NH2). Resten af ​​molekylet er repræsenteret af en radikal.

Aminogruppen binder let en brint-ion, dvs. udviser grundlæggende egenskaber. Carboxylgruppen afgiver let en hydrogenion og udviser en syres egenskaber. Aminosyrer er amfoterisk forbindelser, da de i opløsning kan fungere som både syrer og baser. I vandige opløsninger findes aminosyrer i forskellige ioniske formerÅh. Dette afhænger af opløsningens pH og om aminosyren er neutral, sur eller basisk.

Afhængigt af antallet af aminogrupper og carboxylgrupper, der indgår i sammensætningen af ​​aminosyrer, skelnes der mellem neutrale aminosyrer, der har en carboxylgruppe og en aminogruppe, basiske aminosyrer, som har en aminogruppe mere i radikalet, og sure aminosyrer syrer, som har en carboxylgruppe mere i radikalet.

Peptider– organiske stoffer bestående af et lille antal aminosyrerester forbundet med en peptidbinding. Dannelsen af ​​peptider sker som et resultat af kondensationsreaktionen af ​​aminosyrer (Fig. 4.6).

Når aminogruppen i en aminosyre interagerer med carboxylgruppen i en anden, opstår der en kovalent nitrogen-carbon-binding mellem dem, som kaldes peptid. Afhængigt af antallet af aminosyrerester, der er inkluderet i peptidet, skelnes dipeptider, tripeptider, tetrapeptider osv.. Dannelsen af ​​en peptidbinding kan gentages mange gange. Dette fører til dannelsen polypeptider. Hvis et polypeptid består af et stort antal aminosyrerester, kaldes det allerede et protein. I den ene ende af molekylet er der en fri aminogruppe (kaldet N-terminalen), og i den anden er der en fri carboxylgruppe (kaldet C-terminalen).

Struktur af et proteinmolekyle

Udførelsen af ​​visse specifikke funktioner af proteiner afhænger af den rumlige konfiguration af deres molekyler; desuden er det energetisk ugunstigt for cellen at holde proteiner i en udfoldet form, i form af en kæde, derfor gennemgår polypeptidkæder foldning og erhverver en bestemt tredimensionel struktur, eller konfirmation. Der er 4 niveauer rumlig organisering proteiner.

Primær struktur protein - rækkefølgen af ​​arrangement af aminosyrerester i polypeptidkæden, der udgør proteinmolekylet. Bindingen mellem aminosyrer er en peptidbinding.

Den primære struktur af et proteinmolekyle bestemmer proteinmolekylernes egenskaber og dets rumlige konfiguration. Udskiftning af blot én aminosyre med en anden i en polypeptidkæde fører til en ændring i proteinets egenskaber og funktioner.

For eksempel fører udskiftning af den sjette glutaminaminosyre i b-underenheden af ​​hæmoglobin med valin til, at hæmoglobinmolekylet som helhed ikke kan udføre sin hovedfunktion - ilttransport (i sådanne tilfælde udvikler en person en sygdom - seglcelle anæmi).

Det første protein, hvis aminosyresekvens blev identificeret, var hormonet insulin. Forskning blev udført i Cambridge Universitet F. Sanger fra 1944 til 1954. Det blev fundet, at insulinmolekylet består af to polypeptidkæder (21 og 30 aminosyrerester) holdt nær hinanden af ​​disulfidbroer. Til din møjsommeligt arbejde F. Sanger blev tildelt Nobelprisen.

Ris. 4.6. Primær struktur af et proteinmolekyle

Sekundær struktur– ordnet foldning af polypeptidkæden til α-helix(ligner en forlænget fjeder) og β-struktur (foldet lag). I α- spiraler NH-gruppen af denne aminosyrerest interagerer med CO gruppe den fjerde rest af den. Næsten alle "SO-" og "NN-grupper" deltager i uddannelse hydrogenbindinger. De er svagere end peptider, men gentaget mange gange bibringer de stabilitet og stivhed til denne konfiguration. På niveauet sekundær struktur Der er proteiner: fibroin (silke, edderkoppespind), keratin (hår, negle), kollagen (sener).

Tertiær struktur- lægning af polypeptidkæder i kugler, der opstår som et resultat af forekomsten af ​​kemiske bindinger (hydrogen, ion, disulfid) og etableringen af ​​hydrofobe interaktioner mellem radikalerne af aminosyrerester. Hovedrollen i dannelsen af ​​den tertiære struktur spilles af hydrofile-hydrofobe interaktioner. I vandige opløsninger har hydrofobe radikaler en tendens til at gemme sig for vand og grupperes inde i kuglen, mens hydrofile radikaler, som et resultat af hydrering (interaktion med vanddipoler), har tendens til at dukke op på overfladen af ​​molekylet.

For nogle proteiner er den tertiære struktur stabiliseret af disulfider. kovalente bindinger, der opstår mellem svovlatomerne i to cysteinrester. På det tertiære strukturniveau er der enzymer, antistoffer og nogle hormoner. Baseret på formen af ​​molekylet skelnes proteiner mellem kugleformet og fibrillært. Hvis fibrillære proteiner hovedsagelig udfører støttefunktioner, så er globulære proteiner opløselige og udfører mange funktioner i cytoplasmaet af celler eller i indre miljø legeme.

Kvartær struktur karakteristisk for komplekse proteiner, hvis molekyler er dannet af to eller flere kugler. Underenheder holdes i molekylet udelukkende af ikke-kovalente bindinger, primært hydrogen og hydrofobe.

Det mest undersøgte protein med en kvaternær struktur er hæmoglobin. Den er dannet af to a-underenheder (141 aminosyrerester) og to b-underenheder (146 aminosyrerester) Hver underenhed er forbundet med et hæmmolekyle indeholdende jern. Mange proteiner med en kvaternær struktur indtager en mellemposition mellem molekyler og cellulære organeller– for eksempel består mikrotubuli i cytoskelettet af protein tubulin, bestående af to underenheder. Røret forlænges som følge af fastgørelsen af ​​dimerer til enden.

Hvis den rumlige konformation af proteiner af en eller anden grund afviger fra normalen, kan proteinet ikke udføre sine funktioner

Ris. 4.7. Strukturer af proteinmolekyler

Egenskaber af proteiner

1. Proteiner er amfotere forbindelser, kombinerer basiske og sure egenskaber bestemt af aminosyreradikaler. Der er sure, basiske og neutrale proteiner. Evnen til at donere og tilføje H+ bestemmes bufferegenskaber proteiner, er en af ​​de mest kraftfulde buffere hæmoglobin i røde blodlegemer, som holder blodets pH på et konstant niveau.
2. Der er egern opløselig, Der er uopløselige proteiner, der yder mekaniske funktioner(fibroin, keratin, kollagen).
3. Der er proteiner kemisk aktiv(enzymer), spis kemisk inaktiv.
4. Spise bæredygtige at påvirke forskellige forhold ydre miljø og ekstremt ustabil. Eksterne faktorer(ændringer i temperatur, miljøets saltsammensætning, pH, stråling) kan forårsage forstyrrelse af proteinmolekylets strukturelle organisering.
5. Processen med tab af den tredimensionelle konformation, der er iboende i et givet proteinmolekyle, kaldes denaturering. Årsagen til denaturering er brydning af bindinger, der stabiliserer en bestemt proteinstruktur. Samtidig er denaturering ikke ledsaget af ødelæggelse af polypeptidkæden En ændring i den rumlige konfiguration fører til en ændring i proteinets egenskaber og gør det som følge heraf umuligt for proteinet at udføre sine iboende biologiske funktioner .
6. Denaturering kan være: reversibel, kaldes processen med at genoprette proteinstrukturen efter denaturering renaturering. Hvis genoprettelse af proteinets rumlige konfiguration er umulig, kaldes denaturering irreversible.
7. Ødelæggelse primær struktur proteinmolekyle kaldes nedbrydning.

Ris. 4.8. Proteindenaturering og renaturering

Funktioner af proteiner

Proteiner udfører en række funktioner i cellen.

Proteiner med tertiære strukturel organisation, men i de fleste tilfælde giver kun overgangen af ​​proteiner af tertiær organisation til kvaternær struktur en specifik funktion.

Enzymatisk funktion

Alle biologiske reaktioner i en celle sker med deltagelse af specielle biologiske katalysatorer - enzymer, og ethvert enzym er et protein; enzymer er lokaliseret i alle celleorganeller og styrer ikke kun forløbet af forskellige reaktioner, men accelererer dem også titusinder og hundredtusinder. af gange. Hvert enzym er strengt specifikt.

Nedbrydningen af ​​stivelse og dens omdannelse til sukker (glukose) er således forårsaget af enzymet amylase, rørsukker nedbrydes kun af enzymet invertase mv.

Mange enzymer har længe været brugt i medicin- og fødevareindustrien (bagning, brygning osv.).

Enzymer er specifikke - de kan katalysere én type reaktion - et specifikt substratmolekyle kommer ind i det aktive center.

Da næsten alle enzymer er proteiner (der er ribozymer RNA'er, der katalyserer visse reaktioner), er deres aktivitet højest, når de er fysiologisk normale forhold: de fleste enzymer virker kun mest aktivt når bestemt temperatur, pH, hastighed afhænger af koncentrationen af ​​enzymet og substratet.

Når temperaturen stiger til en vis værdi (i gennemsnit op til 50°C), øges den katalytiske aktivitet (for hver 10°C stiger reaktionshastigheden ca. 2 gange).

Strukturel funktion

Proteiner er en del af alle membraner, der omgiver og gennemtrænger cellen og organellerne.

Når det kombineres med DNA, udgør protein kroppen af ​​kromosomer, og når det kombineres med RNA, udgør det kroppen af ​​ribosomer.

Opløsninger af lavmolekylære proteiner er en del af de flydende fraktioner af celler.

Regulerende funktion

Nogle proteiner er hormoner - biologisk aktive stoffer frigivet til blodet af forskellige kirtler, der deltager i reguleringen af ​​metaboliske processer.

Hormoner insulin og glukagon regulerer niveauet af kulhydrater i blodet.

Transport funktion

Det er proteiner, der er forbundet med overførsel af ilt, såvel som hormoner i kroppen af ​​dyr og mennesker (det udføres af blodproteinet hæmoglobin).

Motorisk funktion

Alle typer motoriske reaktioner celler er lavet af specielle kontraktile proteiner actin og myosin, som bestemmer muskelsammentrækning, bevægelse af flageller og cilia i protozoer, bevægelse af kromosomer under celledeling og bevægelse af planter.

Beskyttende funktion

Mange proteiner danner en beskyttende belægning, der beskytter kroppen mod skadelige påvirkninger, for eksempel liderlige formationer - hår, negle, hove, horn. Dette er mekanisk beskyttelse. Som reaktion på indførelsen af ​​fremmede proteiner (antigener) i kroppen, producerer blodceller proteinstoffer (antistoffer), der neutraliserer dem og beskytter kroppen mod skadelige virkninger. Dette er et immunologisk forsvar.

Energifunktion

Proteiner kan tjene som energikilde. Nedbrydes til de endelige nedbrydningsprodukter - kuldioxid, vand og nitrogenholdige stoffer, frigiver de den energi, der er nødvendig for mange livsprocesser i cellen 17,6 KJ.

Receptor funktion

Receptorproteiner er proteinmolekyler indbygget i membranen, som kan ændre deres struktur som reaktion på tilsætning af et bestemt kemisk stof.

Opbevaringsfunktion

Denne funktion udføres af såkaldte reserveproteiner, som er ernæringskilder for fosteret, for eksempel ægproteiner (ovalbumin). Hovedproteinet i mælk (kasein) har også en primært ernæringsmæssig funktion.

En række andre proteiner bruges i kroppen som kilde til aminosyrer, som igen er forløbere for biologisk aktive stoffer, der regulerer stofskifteprocesser.

Giftig funktion

Toksiner, giftige stoffer af naturlig oprindelse. Typisk inkluderer toksiner højmolekylære forbindelser (proteiner, polypeptider osv.), når de kommer ind i kroppen, produceres antistoffer.

Ifølge handlingsmålet er toksiner opdelt i følgende grupper:

Hæmatiske gifte er gifte, der påvirker blodet.

Neurotoksiner er gifte, der påvirker nervesystem og hjerne.

Myoxiske gifte er gifte, der skader muskler.

Hæmotoksiner er toksiner, der beskadiger blodkar og forårsager blødning.

Hæmolytiske toksiner er toksiner, der beskadiger røde blodlegemer.

Nefrotoksiner er toksiner, der skader nyrerne.

Kardiotoksiner er toksiner, der skader hjertet.

Nekrotoksiner er toksiner, der ødelægger væv og får dem til at dø (nekrose).

Giftige stoffer fallotoksiner og amatoksiner findes i forskellige arter: paddehatte, stinkende fluesvamp, vårflue.

Kulhydrater

Kulhydrater, eller saccharider, - organiske stoffer, som omfatter kulstof, ilt, brint. Kulhydrater udgør omkring 1 % af tørstofmassen i dyreceller og op til 5 % i lever- og muskelceller. Planteceller er de rigeste på kulhydrater (op til 90 % af tørmassen).

Den kemiske sammensætning af kulhydrater er karakteriseret ved deres generelle formel C m (H 2 O) n, hvor m≥n. Antallet af brintatomer i kulhydratmolekyler er normalt det dobbelte af antallet af oxygenatomer (det vil sige det samme som i et vandmolekyle). Deraf navnet - kulhydrater.

I planteceller der er meget flere af dem end hos dyr. Kulhydrater indeholder kun kulstof, brint og ilt.

De enkleste kulhydrater omfatter simple sukkerarter (monosaccharider). De indeholder fem (pentoser) eller seks (hexoser) carbonatomer og det samme antal vandmolekyler.

Eksempler på monosaccharider er glucose og fructose, som findes i mange plantefrugter. Udover planter findes også glukose i blodet.

Komplekse kulhydrater består af flere molekyler af simple kulhydrater. Et disaccharid er dannet af to monosaccharider.

Bordsukker (saccharose) består for eksempel af et glukosemolekyle og et fructosemolekyle.

Meget større antal molekyler af simple kulhydrater indgår i sådanne komplekse kulhydrater såsom stivelse, glykogen, fiber (cellulose).

I et fibermolekyle er der for eksempel fra 300 til 3000 glukosemolekyler.

Funktioner af kulhydrater

Energifunktion

en af ​​kulhydraternes hovedfunktioner. Kulhydrater (glukose) er de vigtigste energikilder i dyrekroppen. Giver op til 67 % af det daglige energiforbrug (mindst 50 %). Når 1 g kulhydrat nedbrydes, frigives 17,6 kJ, vand og kuldioxid.

Lagringsfunktion

kommer til udtryk i akkumulering af stivelse i planteceller og glykogen i dyreceller, som spiller rollen som kilder til glukose, som let frigiver det efter behov.

Support- og byggefunktion

Kulhydrater er en del af cellemembraner og cellevægge (cellulose er en del af planters cellevæg, leddyrskallen er dannet af kitin, murein danner bakteriens cellevæg). Ved at kombinere med lipider og proteiner danner de glykolipider og glykoproteiner. Ribose og deoxyribose er en del af nukleotidernes monomerer.

Receptor funktion

Oligosaccharidfragmenter af glycoproteiner og glycolipider af cellevægge udfører en receptorfunktion, idet de opfatter signaler, der kommer fra det ydre miljø.

Beskyttende fungere

Slimet, der udskilles af forskellige kirtler, er rig på kulhydrater og deres derivater (for eksempel glykoproteiner). De beskytter spiserøret, tarmene, maven, bronkierne mod mekanisk skade og forhindrer bakterier og vira i at trænge ind i kroppen.

Lipider

Lipider - en gruppe organiske forbindelser, som ikke har en enkelt kemiske egenskaber. Fælles for dem er, at de alle er uopløselige i vand, men meget opløselige i organiske opløsningsmidler (ether, chloroform, benzin).

Der er simple og komplekse lipider.

Simple lipider er to-komponent stoffer, der er estere af højere fedtsyrer og noget alkohol, oftest glycerol.

Komplekse lipider består af multikomponent molekyler.

Fra simple lipider overveje fedtstoffer og voks.

Fedtstoffer udbredt i naturen. Fedtstoffer er estere af højere fedtsyrer og trivalent alkohol - glycerol. I kemi kaldes denne gruppe af organiske forbindelser normalt for triglycerider, da alle tre hydroxylgrupper af glycerol er forbundet med fedtsyrer.

Der er fundet mere end 500 fedtsyrer i triglycerider, hvis molekyler har en lignende struktur.

Ligesom aminosyrer har fedtsyrer den samme gruppe for alle syrer - en hydrofil carboxylgruppe (–COOH) og en hydrofob radikal, som adskiller dem fra hinanden. Derfor er den generelle formel for fedtsyrer R-COOH. Radikalet er en kulbrintehale, der adskiller sig i forskellige fedtsyrer i antallet af -CH 2 -grupper.

Mest af indeholder fedtsyrer i "halen" lige tal carbonatomer, fra 14 til 22 (oftest 16 eller 18). Derudover kan kulbrintehalen indeholde varierende antal dobbeltbindinger. Baseret på tilstedeværelsen eller fraværet af dobbeltbindinger i kulbrintehalen skelner de mættede fedtsyrer, som ikke indeholder dobbeltbindinger i kulbrintehalen og umættede fedtsyrer, der har dobbeltbindinger mellem carbonatomer (-CH=CH-). Hvis mættede fedtsyrer dominerer i triglycerider, så er de faste når stuetemperatur(fedtstoffer), hvis umættet - flydende (olier). Fedtstoffernes massefylde er lavere end vands, så i vand flyder de og er på overfladen.

Voks– en gruppe simple lipider, som er estere af højere fedtsyrer og alkoholer med høj molekylvægt. De findes i både dyre- og planteriget, hvor de primært udfører beskyttende funktioner.

Hos planter dækker de for eksempel blade, stængler og frugter med et tyndt lag, hvilket beskytter dem mod befugtning med vand og indtrængen af ​​mikroorganismer. Holdbarheden af ​​frugt afhænger af kvaliteten af ​​voksbelægningen. Honning opbevares under dækning af bivoks, og larverne udvikler sig.

At kompleksisere lipider omfatter fosfolipider, glycolipider, lipoproteiner, steroider, steroidhormoner, vitamin A, D, E, K.

Fosfolipider– estere af polyvalente alkoholer med højere fedtsyrer indeholdende en phosphorsyrerest. Nogle gange kan yderligere grupper (nitrogenholdige baser, aminosyrer) være forbundet med det.

Som regel indeholder et phospholipidmolekyle to højere fedtsyrerester og en phosphorsyrerest. Fosfolipider er til stede i alle celler af levende væsener, og de deltager hovedsageligt i dannelsen af ​​fosfolipid-dobbeltlaget af cellemembraner - fosforsyrerester er hydrofile og er altid rettet mod den ydre og indre overflade af membranen, og hydrofobe haler er rettet mod hinanden indeni membranen.

Glycolipider- Det er kulhydratderivater af lipider. Sammensætningen af ​​deres molekyler, sammen med polyvalent alkohol og højere fedtsyrer omfatter også kulhydrater. De er primært lokaliseret på den ydre overflade af plasmamembranen, hvor deres kulhydratkomponenter er inkluderet blandt andre celleoverfladekulhydrater.

Lipoproteiner– lipidmolekyler forbundet med proteiner. Der er mange af dem i membraner, proteiner kan trænge igennem membranen, er placeret under eller over membranen og kan nedsænkes i lipid-dobbeltlaget i forskellige dybder.

Lipoider- fedtlignende stoffer. Disse omfatter bl.a steroider(udbredt i dyrevæv, kolesterol og dets derivater - hormoner i binyrebarken - mineralokortikoider, glukokortikoider, østradiol og testosteron - henholdsvis kvindelige og mandlige kønshormoner). Lipoider omfatter terpener (æteriske olier, som lugten af ​​planter afhænger af), gibberelliner (plantevækststoffer), nogle pigmenter (klorofyl, bilirubin), fedtopløselige vitaminer (A, D, E, K).

Lipidernes funktioner er vist i tabel 4.1.

Tabel 4.2.

Fedts funktioner

Energi	Triglyceriders hovedfunktion. Når 1 g lipider nedbrydes, frigives 38,9 kJ
Strukturel	Fosfolipider, glykolipider og lipoproteiner deltager i dannelsen af ​​cellemembraner.
Opbevaring	Fedtstoffer og olier er reservenæringsstoffer i dyr og planter. Vigtigt for dyr, der går i dvale i den kolde årstid eller laver lange ture gennem områder, hvor der ikke er fødekilder. Plantefrøolier er nødvendige for at give frøplanten energi.
Beskyttende	Lag af fedt og fedtkapsler giver dæmpning til indre organer. Lag af voks bruges som vandafvisende belægning på planter og dyr.
Termisk isolering	Subkutant fedtvæv forhindrer udstrømning af varme til det omgivende rum. Vigtigt for akvatiske pattedyr eller pattedyr, der lever i kolde klimaer.
Regulatorisk	Gibberelliner regulerer plantevækst. Kønshormonet testosteron er ansvarlig for udviklingen af ​​mandlige sekundære seksuelle karakteristika. Kønshormonet østrogen er ansvarlig for udviklingen af ​​kvindelige sekundære seksuelle egenskaber og regulerer menstruationscyklussen. Mineralokortikoider (aldosteron osv.) styrer vand-salt metabolismen. Glukokortikoider (kortisol osv.) deltager i reguleringen af ​​kulhydrat- og proteinstofskiftet.
Metabolisk vandkilde	Når 1 kg fedt oxideres, frigives 1,1 kg vand. Vigtigt for ørkenens indbyggere.
Katalytisk	Fedtopløselige vitaminer A, D, E, K er cofaktorer af enzymer, det vil sige, at disse vitaminer ikke selv har katalytisk aktivitet, men uden dem kan enzymer ikke udføre deres funktioner.

Ris. 9. Kemisk struktur af lipider og kulhydrater

Adenosintrifosfat (ATP)

Det er en del af enhver celle, hvor det udfører en af ​​de vigtigste funktioner - energilagring. ATP-molekyler består af den nitrogenholdige base adenin, kulhydratet ribose og tre molekyler af fosforsyre.

Ustabil kemiske bindinger, som forbinder fosforsyremolekyler i ATP, er meget rige på energi (makroerge bindinger): Når disse bindinger brydes, frigives energi og bruges i en levende celle til at understøtte vitale processer og syntesen af ​​organiske stoffer.

Ris. 4.10. Strukturen af ​​ATP-molekylet

4.4. Praktisk opgave

Biologisk rolle kemiske grundstoffer i levende organismer

1. Makro- og mikroelementer i miljøet og den menneskelige krop

Den biologiske rolle af kemiske elementer i den menneskelige krop er ekstremt forskelligartet.

Makroelementers hovedfunktion er at bygge væv, opretholde konstant osmotisk tryk, ionisk og syrebasesammensætning.

Mikroelementer, der er en del af enzymer, hormoner, vitaminer, biologisk aktive stoffer som kompleksdannende midler eller aktivatorer, er involveret i metabolisme, reproduktionsprocesser, vævsrespiration, neutralisering giftige stoffer. Mikroelementer påvirker aktivt processerne af hæmatopoiesis, oxidation - reduktion, permeabilitet af blodkar og væv. Makro- og mikroelementer - calcium, fosfor, fluor, jod, aluminium, silicium bestemmer dannelsen af ​​knogler og tandvæv.

Der er tegn på, at indholdet af nogle elementer i menneskekroppen ændrer sig med alderen. Således stiger indholdet af cadmium i nyrerne og molybdæn i leveren med alderdommen. Det maksimale zinkindhold observeres i puberteten, så falder det og når et minimum i alderdommen. Indholdet af andre sporstoffer, såsom vanadium og krom, falder også med alderen.

Mange sygdomme forbundet med en mangel eller overskydende akkumulering af forskellige mikroelementer er blevet identificeret. Fluormangel forårsager tandkaries, jodmangel forårsager endemisk struma, og overskydende molybdæn forårsager endemisk gigt. Den slags mønstre er forbundet med, at den menneskelige krop opretholder en balance mellem optimale koncentrationer næringsstoffer- kemisk homeostase. Forstyrrelse af denne balance på grund af mangel eller overskud af elementet kan føre til forskellige sygdomme.

Ud over de seks hovedmakroelementer - organogener - kulstof, brint, nitrogen, oxygen, svovl og fosfor, som udgør kulhydrater, fedtstoffer, proteiner og nukleinsyrer, "uorganiske" makroelementer - calcium, klor, magnesium, kalium, natrium - og sporstoffer - kobber, fluor, jod, jern, molybdæn, zink og også, muligvis (bevist for dyr), selen, arsen, krom, nikkel, silicium, tin, vanadium.

Mangel på elementer som jern, kobber, fluor, zink, jod, calcium, fosfor, magnesium og nogle andre i kosten fører til alvorlige konsekvenser for menneskers sundhed.

Det skal dog huskes, at ikke kun en mangel, men også et overskud af næringsstoffer er skadeligt for kroppen, da kemisk homeostase er forstyrret. For eksempel, når overskydende mangan indtages med mad, stiger niveauet af kobber i plasmaet (synergisme af Mn og Cu), og i nyrerne falder det (antagonisme). En stigning i molybdænindhold i fødevarer fører til en stigning i mængden af ​​kobber i leveren. Overskydende zink i fødevarer forårsager hæmning af aktiviteten af ​​jernholdige enzymer (antagonisme af Zn og Fe).

Mineralske komponenter, som er vitale i ubetydelige mængder, bliver giftige ved højere koncentrationer.

En række elementer (sølv, kviksølv, bly, cadmium osv.) betragtes som giftige, da deres indtræden i kroppen selv i mikromængder fører til alvorlige patologiske fænomener. Kemisk mekanisme De toksiske virkninger af nogle sporstoffer vil blive diskuteret nedenfor.

Biogene elementer er meget udbredt i landbrug. Tilføjelse af små mængder mikroelementer til jorden - bor, kobber, mangan, zink, kobolt, molybdæn - øger udbyttet af mange afgrøder dramatisk. Det viser sig, at mikroelementer, ved at øge aktiviteten af ​​enzymer i planter, fremmer syntesen af ​​proteiner, vitaminer, nukleinsyrer, sukkerarter og stivelse. Nogle af de kemiske grundstoffer har en positiv effekt på fotosyntesen, fremskynder vækst og udvikling af planter og frømodning. Mikroelementer tilsættes dyrefoder for at øge deres produktivitet.

Forskellige grundstoffer og deres forbindelser anvendes i vid udstrækning som lægemidler.

At studere den biologiske rolle af kemiske elementer, belyse forholdet mellem udvekslingen af ​​disse elementer og andre biologisk aktive stoffer - enzymer, hormoner, vitaminer bidrager således til skabelsen af ​​nye lægemidler og udviklingen af ​​optimale doseringsregimer til både terapeutiske og profylaktiske formål. .

Grundlaget for at studere grundstoffernes egenskaber og især deres biologiske rolle er periodisk lov DI. Mendeleev. Fysisk-kemiske egenskaber og følgelig deres fysiologiske og patologiske rolle bestemmes af disse elementers position i periodiske system DI. Mendeleev.

Som regel, med en stigning i atomernes nukleare ladning, stiger toksiciteten af ​​elementer i en given gruppe, og deres indhold i kroppen falder. Faldet i indhold skyldes naturligvis, at mange grundstoffer har lange perioder på grund af store atomare og ioniske radier, høj kerneladning, kompleksitet elektroniske konfigurationer, lavopløselige forbindelser absorberes dårligt af levende organismer. Kroppen indeholder lette elementer i betydelige mængder.

Makroelementer omfatter s-elementer fra den første (brint), tredje (natrium, magnesium) og fjerde (kalium, calcium) perioder, samt p-elementer fra den anden (kulstof, nitrogen, oxygen) og tredje (phosphor, svovl, klor) perioder. Alle af dem er livsvigtige. De fleste af de resterende s- og p-elementer i de første tre perioder (Li, B, Al, F) er fysiologisk aktive; s- og p-elementer af længere perioder (n>4) fungerer sjældent som essentielle. Undtagelsen er s-elementerne - kalium, calcium, jod. Nogle s- og p-elementer i den fjerde og femte periode - strontium, arsen, selen, brom - er klassificeret som fysiologisk aktive.

Blandt d-elementerne er hovedsagelig elementer fra den fjerde periode vitale: mangan, jern, zink, kobber, kobolt. I På det sidste Det er blevet fastslået, at den fysiologiske rolle for nogle andre d-elementer i denne periode er utvivlsomt: titanium, chrom, vanadium.

d-elementer fra den femte og sjette periode, med undtagelse af molybdæn, udviser ikke udtalt positiv fysiologisk aktivitet. Molybdæn er en del af en række redoxenzymer (f.eks. xanthinoxid, aldehydoxidase) og spiller en vigtig rolle i forløbet af biokemiske processer.

2. Generelle aspekter toksicitet af tungmetaller for levende organismer

En omfattende undersøgelse af problemerne forbundet med tilstandsvurdering naturligt miljø viser, at det er meget svært at trække en klar grænse mellem naturlig og menneskeskabte faktorerændringer i økologiske systemer. De sidste årtier har overbevist os om dette. at menneskets påvirkning af naturen ikke kun forårsager direkte, let identificerbare skader på den, men også forårsager en række nye, ofte skjulte processer, der transformerer eller ødelægger miljøet. Naturlige og menneskeskabte processer i biosfæren er i et komplekst forhold og indbyrdes afhængighed. Således er forløbet af kemiske omdannelser, der fører til dannelse af giftige stoffer, påvirket af klima, jordbundsforhold, vand, luft, niveau af radioaktivitet mv. Under de nuværende forhold, når man studerer processer kemisk forureningøkosystemer, opstår problemet med at finde naturlige, hovedsagelig bestemt naturlige faktorer, niveauer af indhold af visse kemiske grundstoffer eller forbindelser. Løsningen på dette problem er kun mulig på lang sigt systematiske observationer på tilstanden af ​​biosfærens komponenter, på indholdet i dem forskellige stoffer, altså på baggrund af miljøovervågning.

Forurening miljø tungmetaller er direkte relateret til den miljøanalytiske overvågning af supertoksiske stoffer, da mange af dem udviser høj toksicitet selv i spormængder og er i stand til at koncentrere sig i levende organismer.

De vigtigste kilder til forurening af det naturlige miljø med tungmetaller kan opdeles i naturlige (naturlige) og kunstige (antropogene). Naturlige kilder omfatter vulkanudbrud, støvstorme, skov- og steppebrande, havsalte frembragt af vinden, vegetation osv. Naturlige kilder til forurening er enten systematiske, ensartede eller kortsigtede spontane og har som regel kun få effekt på det samlede forureningsniveau. Det vigtigste og mest farlige kilder Forurening af naturen med tungmetaller er menneskeskabt.

I processen med at studere metallers kemi og deres biokemiske kredsløb i biosfæren afsløres den dobbelte rolle, de spiller i fysiologien: på den ene side er de fleste metaller nødvendige for det normale livsforløb; på den anden side udviser de ved forhøjede koncentrationer høj toksicitet, det vil sige, at de har dårlig indflydelse på levende organismers tilstand og aktivitet. Grænsen mellem nødvendige og giftige koncentrationer af grundstoffer er meget vag, hvilket gør det vanskeligt pålideligt at vurdere deres påvirkning af miljøet. Den mængde, hvormed nogle metaller bliver virkelig farlige, afhænger ikke kun af, i hvor høj grad de forurener økosystemerne, men også af kemiske egenskaber deres biokemiske kredsløb. I tabel 1 viser rækken af ​​molær toksicitet af metaller for forskellige typer levende organismer.

Tabel 1. Repræsentativ sekvens af molær toksicitet af metaller

Organismer Toksicitetsserie AlgerНg>Сu>Сd>Fe>Сr>Zn>Со>Мn SvampeАg>Нg>Сu>Сd>Сr>Ni>Рb>Со>Zn>FeBlomstrende planterHg>Рb>Сu>Сd>Сr>Ni>ZnAnnelidsHg >Сu >Zn > Pb> CdFishAg>Hg>Cu>Pb>Cd>Al>Zn>Ni>Cr>Co >Mn>>SrMammalsAg, Hg, Cd> Cu, Pb, Sn, Be>> Mn, Zn, Ni , Fe , Сr >> Sr >Сs, Li, Al

For hver type organisme afspejler rækkefølgen af ​​metaller i tabellens rækker fra venstre mod højre stigningen i den molære mængde metal, der kræves for at frembringe den toksiske virkning. Den mindste molære værdi refererer til det metal med den største toksicitet.

V.V. Kowalski, baseret på deres betydning for livet, opdelte kemiske elementer i tre grupper:

Vitale (uerstattelige) elementer, der konstant er indeholdt i kroppen (en del af enzymer, hormoner og vitaminer): H, O, Ca, N, K, P, Na, S, Mg, Cl, C, I, Mn, Cu, Co, Fe, Mo, V. Deres mangel fører til forstyrrelse af den normale funktion af mennesker og dyr.

Tabel 2. Karakteristika for nogle metalloenzymer - biouorganiske komplekser

Metalenzym Centralatom Ligandmiljø Genstand for koncentration Enzymvirkning Kulsyreanhydrase Zn (II) Aminosyrerester Røde blodlegemer Katalyserer reversibel hydrering carbondioxid: CO 2+H 2O↔H 2CO 3↔H ++moms 3Carbosky peptidase Zn (II) Aminosyrerester Bugspytkirtel, lever, tarme Katalyserer fordøjelsen af ​​proteiner, deltager i hydrolysen af ​​peptidbindingen: R 1CO-NH-R 2+H 2O↔R 1-COOH+R 2N.H. 2CatalaseFe (III)Aminosyrerester, histidin, tyrosinBlod Katalyserer nedbrydningsreaktionen af ​​hydrogenperoxid: 2H 2OM 2= 2H 2O + O 2PeroxidaseFe(III)Proteiner Væv, blodOxidation af substrater (RH 2) hydrogenperoxid: RH 2+H 2O 2= R + 2H 2OxyreduktaseCu(II)Aminosyrerester Hjerte, lever, nyrer Katalyserer oxidation ved hjælp af molekylær oxygen: 2H 2R+O 2= 2R + 2H 2O Pyruvatcarboxylase Mn (II) Vævsproteiner Lever, skjoldbruskkirtel Forstærker virkningen af ​​hormoner. Katalyserer processen med carboxylering med pyrodruesyre Aldehydoxidase Mo (VI) Vævsproteiner Lever Deltager i oxidationen af ​​aldehyder Ribonukleotidreduktase Co (II) Vævsproteiner Lever Deltager i biosyntesen af ​​ribonukleinsyrer

• urenhedselementer, der konstant er indeholdt i kroppen: Ga, Sb, Sr, Br, F, B, Be, Li, Si, An, Cs, Al, Ba, Ge, As, Rb, Pb, Ra, Bi, Cd, Cr, Ni, Ti, Ag, Th, Hg, U, Se. Deres biologiske rolle er dårligt forstået eller ukendt.
• urenhedselementer fundet i kroppen Sc, Tl, In, La, Pr, Sm, W, Re, Tb osv. Data om mængde og biologisk rolle er ikke klarlagt.
• Tabellen viser karakteristikaene for en række metalloenzymer, som omfatter sådanne vitale metaller som Zn, Fe, Cu, Mn, Mo.
• Afhængigt af deres adfærd i levende systemer kan metaller opdeles i 5 typer:
• - nødvendige elementer, hvis mangel forårsager funktionelle lidelser i kroppen;
• - stimulanser (både nødvendige og unødvendige metaller til kroppen kan fungere som stimulanser);
• inerte grundstoffer, der i visse koncentrationer er uskadelige og ikke har nogen virkning på kroppen (f.eks. inerte metaller, der anvendes som kirurgiske implantater):
• terapeutiske midler anvendt i medicin;
• giftige elementer, i høje koncentrationer, der fører til irreversible funktionelle lidelser og død af kroppen.
• Afhængigt af koncentrationen og kontakttidspunktet kan metallet virke i en af ​​de angivne typer.
• Figur 1 viser et diagram over afhængigheden af ​​kroppens tilstand af koncentrationen af ​​metalioner. Den solide kurve i diagrammet beskriver den umiddelbare positive respons, det optimale niveau og overgangen positiv effekt til negativ, efter at koncentrationsværdierne for det påkrævede element passerer maksimum. Ved høje koncentrationer bliver det nødvendige metal giftigt.
• Den stiplede kurve viser den biologiske reaktion på et metal, der er giftigt for kroppen og ikke har virkningen af ​​et nødvendigt eller stimulerende element. Denne kurve kommer med en vis forsinkelse, som indikerer en levende organismes evne til at "ikke reagere" på små mængder giftigt stof(tærskelkoncentration).
• Diagrammet viser, at væsentlige elementer bliver giftige i overskydende mængder. Dyre- og menneskekroppen opretholder koncentrationen af ​​elementer i det optimale område gennem et sæt fysiologiske processer kaldet homeostase. Koncentrationen af ​​alle essentielle metaller uden undtagelse er under streng kontrol af homeostase.

• Fig. 1 Biologisk respons afhængig af metalkoncentration. ( Gensidig ordning to kurver i forhold til koncentrationsskalaen betinget)
• metaltoksicitet ionforgiftning
• Af særlig interesse er indholdet af kemiske elementer i den menneskelige krop. Menneskelige organer koncentrerer forskellige kemiske elementer på forskellige måder, det vil sige, at makro- og mikroelementer er ujævnt fordelt mellem forskellige organer og væv. De fleste mikroelementer (indholdet i kroppen er inden for 10 -3-10-5%) ophobes i lever, knogle- og muskelvæv. Disse stoffer er hoveddepotet for mange metaller.
• Elementer kan udvise en specifik affinitet for visse organer og være indeholdt i dem i høje koncentrationer. Det er kendt, at zink er koncentreret i bugspytkirtlen, jod i skjoldbruskkirtlen, vanadium, sammen med aluminium og arsen, ophobes i hår og negle, cadmium, kviksølv, molybdæn - i nyrerne, tin i tarmvæv, strontium - i prostata, knoglevæv, mangan i hypofysen mv. I kroppen kan mikroelementer findes både i bundet tilstand og i form af frie ioniske former. Det er blevet fastslået, at aluminium, kobber og titanium i hjernevæv er i form af komplekser med proteiner, mens mangan er i ionisk form.
• Som reaktion på indtagelsen af ​​overskydende koncentrationer af elementer i kroppen er den levende organisme i stand til at begrænse eller endda eliminere den resulterende toksiske virkning på grund af tilstedeværelsen af ​​visse afgiftningsmekanismer. Specifikke mekanismer for afgiftning i forhold til metalioner er i øjeblikket ikke godt forstået. Mange metaller i kroppen kan omdannes til mindre skadelige former på følgende måder:
• dannelse af uopløselige komplekser i tarmkanalen;
• transport af metallet med blodet til andre væv, hvor det kan immobiliseres (såsom Pb+2 i knoglerne);

- omdannelse af lever og nyrer til en mindre giftig form.

Som reaktion på virkningen af ​​toksiske ioner af bly, kviksølv, cadmium osv. øger den menneskelige lever og nyrer syntesen af ​​metallothioneiner - proteiner med lav molekylvægt, hvor ca. 1/3 af aminosyreresterne er cystein . Det høje indhold og specifikke arrangement af sulfhydryl SH-grupper giver mulighed for stærk binding af metalioner.

Mekanismerne for toksicitet af metaller er generelt velkendte, men det er meget vanskeligt at finde dem for et bestemt metal. En af disse mekanismer er koncentrationen mellem essentielle og giftige metaller på grund af tilstedeværelsen af ​​bindingssteder i proteiner, da metalioner stabiliserer og aktiverer mange proteiner, som er en del af mange enzymsystemer. Derudover har mange proteinmakromolekyler frie sulfhydrylgrupper, der kan interagere med giftige metalioner såsom cadmium, bly og kviksølv, hvilket resulterer i toksiske effekter. Det er dog ikke blevet fastslået præcist, hvilke makromolekyler der forårsager skade på en levende organisme. Manifestation af toksicitet af metalioner i forskellige organer og væv er ikke altid relateret til niveauet af deres akkumulering - der er ingen garanti for, at den største skade sker i den del af kroppen, hvor koncentrationen af dette metal højere. Således udviser bly(II)-ioner, der er mere end 90% af den samlede mængde i kroppen immobiliseret i knoglerne, toksicitet på grund af de 10% fordelt i andre væv i kroppen. Immobiliseringen af ​​blyioner i knogler kan betragtes som en afgiftningsproces.

Toksiciteten af ​​en metalion er normalt ikke relateret til dens behov for kroppen. Men for toksicitet og nødvendighed er der en fællestræk: som regel er der en sammenhæng mellem metalioner fra hinanden, ligesom mellem metal- og ikke-metalioner, i samlede bidrag i effektiviteten af ​​deres handling. For eksempel er toksiciteten af ​​cadmium mere udtalt i et system med zinkmangel, og blyets toksicitet forværres af calciummangel. Tilsvarende hæmmes adsorptionen af ​​jern fra vegetabilske fødevarer af de kompleksdannende ligander, der er til stede i det, og overskydende zinkioner kan hæmme adsorptionen af ​​kobber osv.

At bestemme mekanismerne for metaliontoksicitet er ofte kompliceret af eksistensen forskellige veje deres indtrængen i en levende organisme. Metaller kan trænge ind med mad, vand, absorberes gennem huden, trænge ind gennem indånding osv. Absorption med støv er Hovedvejen penetration kl industriel forurening. Som følge af indånding sætter de fleste metaller sig i lungerne og spredes først derefter til andre organer. Men den mest almindelige måde, hvorpå giftige metaller kommer ind i kroppen, er gennem mad og vand.

Bibliografi

1. Karapetyants M.Kh., Drakin S.I. Generel og uorganisk kemi. - M.: Kemi, 1993. - 590 s.

Akhmetov N.S. Generel og uorganisk kemi. Lærebog for universiteter. - M.: Højere. skole, 2001. - 679 s.

Drozdov D.A., Zlomanov V.P., Mazo G.N., Spiridonov F.M. Uorganisk kemi. I 3 bind. T. Kemi af intransitionselementer. / Ed. Yu.D. Tretyakov - M.: Forlag. "Academy", 2004, 368 s.

5. Tamm I.E., Tretyakov Yu.D. Uorganisk kemi: I 3 bind, T.1. Fysisk-kemiske grundprincipper uorganisk kemi. Lærebog for universitetsstuderende / Ed. Yu.D. Tretyakov. - M.: Forlag. "Academy", 2004, 240 s.

Korzhukov N.G. Generel og uorganisk kemi. Lærebog Fordel. /Ed. V.I. Delyana-M.: Forlag. MISIS: INFRA-M, 2004, 512 s.

Ershov Yu.A., Popkov V.A., Berlyand A.S., Knizhnik A.Z. Generel kemi. Biofysisk kemi. Kemi af biogene elementer. Lærebog for universiteter. /Red. Yu.A. Ershova. 3. udg., - M.: Integral-Press, 2007. - 728 s.

Glinka N.L. Generel kemi. Tutorial for universiteter. Ed. 30. rettet./ Udg. A.I. Ermakova. - M.: Integral-Press, 2007, - 728 s.

Chernykh, M.M. Ovcharenko. Tungmetaller og radionuklider i biogeocinoser. - M.: Agroconsult, 2004.

N.V. Gusakova. Miljøkemi. - Rostov ved Don, Phoenix, 2004.

Baletskaya L.G. Uorganisk kemi. - Rostov ved Don, Phoenix, 2005.

M. Henze, P. Armoes, J. Lyakuriansen, E. Arvan. Rensning af afløb. - M.: Mir, 2006.

Korovin N.V. Generel kemi. - M.: Højere. skole, 1998. - 558 s.

Petrova V.V. m.fl. Gennemgang af egenskaberne af kemiske grundstoffer og deres forbindelser. Lærebog til kurset Kemi i mikroelektronik. - M.: MIET Forlag, 1993. - 108 s.

Kharin A.N., Kataeva N.A., Kharina L.T. Kemi kursus. - M.: Højere. skole, 1983. - 511 s.

Celle

Fra synspunktet om begrebet levende systemer ifølge A. Lehninger.

En levende celle er et isotermisk system, der er i stand til selvregulering og selvreproduktion organiske molekyler, udvinding af energi og ressourcer fra miljøet.

Der er en lækage i cellen et stort antal af successive reaktioner, hvis hastighed reguleres af cellen selv.

Cellen opretholder sig selv i en stationær dynamisk tilstand, langt fra ligevægt med omgivelserne.

Celler fungerer efter princippet om minimalt forbrug af komponenter og processer.

At. En celle er et elementært levende åbent system, der er i stand til selvstændig eksistens, reproduktion og udvikling. Det er den elementære strukturelle og funktionelle enhed af alle levende organismer.

Kemisk sammensætning af celler.

Af de 110 elementer i Mendeleevs periodiske system blev 86 fundet konstant til stede i menneskekroppen. 25 af dem er nødvendige for et normalt liv, 18 af dem er absolut nødvendige, og 7 er nyttige. I overensstemmelse med det procentvise indhold i cellen er kemiske elementer opdelt i tre grupper:

Makroelementer Hovedelementerne (organogener) er brint, kulstof, oxygen, nitrogen. Deres koncentration: 98 – 99,9 %. De er universelle komponenter i organiske celleforbindelser.

Mikroelementer - natrium, magnesium, phosphor, svovl, klor, kalium, calcium, jern. Deres koncentration er 0,1%.

Ultramikroelementer - bor, silicium, vanadium, mangan, kobolt, kobber, zink, molybdæn, selen, jod, brom, fluor. De påvirker stofskiftet. Deres fravær er årsagen til sygdomme (zink - diabetes mellitus, jod - endemisk struma, jern - perniciøs anæmi osv.).

Moderne medicin kender fakta om negative interaktioner mellem vitaminer og mineraler:

Zink reducerer kobberabsorptionen og konkurrerer med jern og calcium om optagelsen; (og zinkmangel forårsager svækkelse immunsystem, en række patologiske tilstande i de endokrine kirtler).

Calcium og jern reducerer absorptionen af ​​mangan;

E-vitamin kombineres ikke godt med jern, og C-vitamin passer ikke godt med B-vitaminer.

Positiv interaktion:

E-vitamin og selen samt calcium og K-vitamin virker synergistisk;

D-vitamin er nødvendigt for optagelsen af ​​calcium;

Kobber fremmer optagelsen og øger effektiviteten af ​​jernforbruget i kroppen.

Uorganiske komponenter i cellen.

Vand- den vigtigste komponent celler, det universelle spredningsmedium for levende stof. Aktive celler terrestriske organismer består af 60-95 % vand. I hvilende celler og væv (frø, sporer) er der 10 - 20% vand. Vand i cellen er i to former - frit og bundet til cellulære kolloider. Frit vand er et opløsningsmiddel og et dispersionsmedium kolloide system protoplasma. Det er 95%. Bundet vand(4 – 5%) af alt cellevand danner svage brint- og hydroxylbindinger med proteiner.

Vandets egenskaber:

Vand er et naturligt opløsningsmiddel for mineralioner og andre stoffer.

Vand – dispersiv fase kolloidt system af protoplasma.

Vand er mediet for celle metaboliske reaktioner, fordi fysiologiske processer forekommer i et udelukkende vandmiljø. Giver reaktioner af hydrolyse, hydrering, hævelse.

Deltager i mange enzymatiske reaktioner celler og dannes under stofskiftet.

Vand er en kilde til brintioner under fotosyntese i planter.

Vands biologiske betydning:

De fleste biokemiske reaktioner forekommer kun i vandig opløsning, mange stoffer kommer ind og ud af celler i opløst form. Dette kendetegner vands transportfunktion.

Vand giver hydrolysereaktioner - nedbrydning af proteiner, fedtstoffer, kulhydrater under påvirkning af vand.

På grund af den høje fordampningsvarme afkøles kroppen. For eksempel svedeture hos mennesker eller transpiration hos planter.

Vandets høje varmekapacitet og varmeledningsevne bidrager til ensartet fordeling varme i buret.

På grund af adhæsionskræfterne (vand - jord) og kohæsion (vand - vand) har vand egenskaben kapillaritet.

Vandets usammentrykkelighed bestemmer den stressede tilstand af cellevægge (turgor) og det hydrostatiske skelet hos rundorme.

I dag er mange kemiske grundstoffer i det periodiske system blevet opdaget og isoleret i deres rene form, og en femtedel af dem findes i enhver levende organisme. De er ligesom mursten hovedkomponenterne i organisk og uorganiske stoffer.

Hvilke kemiske elementer er inkluderet i cellens sammensætning, af biologien af ​​hvilke stoffer man kan bedømme deres tilstedeværelse i kroppen - vi vil overveje alt dette senere i artiklen.

Hvad er konstanten af ​​den kemiske sammensætning?

For at opretholde stabilitet i kroppen skal hver celle opretholde koncentrationen af ​​hver af dens komponenter på et konstant niveau. Dette niveau er bestemt af arter, levesteder og miljøfaktorer.

For at besvare spørgsmålet om, hvilke kemiske elementer der er inkluderet i sammensætningen af ​​en celle, er det nødvendigt klart at forstå, at ethvert stof indeholder nogen af ​​komponenterne i det periodiske system.

Nogle gange taler vi om hundrededele og tusindedele af en procent af indholdet af et bestemt grundstof i en celle, men en ændring i det nævnte tal med endda en tusindedel kan allerede have alvorlige konsekvenser for kroppen.

Af de 118 kemiske grundstoffer i en menneskelig celle skal der være mindst 24. Der er ingen komponenter, der ville blive fundet i en levende organisme, men som ikke var en del af livløse genstande i naturen. Dette faktum bekræfter den tætte forbindelse mellem levende og ikke-levende ting i et økosystem.

Rollen af ​​forskellige elementer, der udgør cellen

Så hvilke kemiske grundstoffer udgør en celle? Deres rolle i kroppens liv, skal det bemærkes, afhænger direkte af hyppigheden af ​​forekomsten og deres koncentration i cytoplasmaet. Dog trods forskelligt indhold elementer i en celle, betydningen af ​​hver af dem i ligeligt høj. En mangel på nogen af ​​dem kan føre til skadelige virkninger på kroppen, hvilket inaktiverer de vigtigste biokemiske reaktioner fra stofskiftet.

Når vi opregner, hvilke kemiske elementer der udgør den menneskelige celle, skal vi nævne tre hovedtyper, som vi vil overveje yderligere:

Grundlæggende biogene elementer i cellen

Det er ikke overraskende, at grundstofferne O, C, H, N er klassificeret som biogene, fordi de danner alle organiske og mange uorganiske stoffer. Det er umuligt at forestille sig proteiner, fedtstoffer, kulhydrater eller nukleinsyrer uden disse essentielle komponenter for kroppen.

Funktionen af ​​disse elementer bestemte deres høje indhold i kroppen. Tilsammen tegner de sig for 98% af den samlede tørre kropsmasse. Hvad kan aktiviteten af ​​disse enzymer ellers vise sig i?

1. Ilt. Dens indhold i cellen er omkring 62% af den samlede tørmasse. Funktioner: konstruktion af organiske og uorganiske stoffer, deltagelse i åndedrætskæden;
2. Kulstof. Dens indhold når 20%. Hovedfunktion: inkluderet i alle ;
3. Brint. Dens koncentration tager en værdi på 10%. Ud over at dette grundstof er en bestanddel af organisk stof og vand, deltager det også i energiomdannelser;
4. Nitrogen. Beløbet overstiger ikke 3-5%. Dens hovedrolle er dannelsen af ​​aminosyrer, nukleinsyrer, ATP, mange vitaminer, hæmoglobin, hæmocyanin, klorofyl.

Det er de kemiske elementer, der udgør cellen og danner de fleste af de stoffer, der er nødvendige for et normalt liv.

Betydningen af ​​makronæringsstoffer

Makronæringsstoffer vil også hjælpe med at fortælle dig, hvilke kemiske elementer der er inkluderet i cellen. Fra biologikurset bliver det klart, at ud over de vigtigste består 2 % af tørmassen af ​​andre komponenter periodiske system. Og makroelementer inkluderer dem, hvis indhold ikke er lavere end 0,01 %. Deres hovedfunktioner er præsenteret i tabelform.

Calcium (Ca)		Ansvarlig for sammentrækningen af ​​muskelfibre, er en del af pektin, knogler og tænder. Forstærker blodkoagulationen.
Fosfor (P)		Det er en del af den vigtigste energikilde - ATP.
		Deltager i dannelsen af ​​disulfidbroer under proteinfoldning til en tertiær struktur. Del af cystein og methionin, nogle vitaminer.
		Kaliumioner er involveret i celler og påvirker også membranpotentialet.
		Kroppens vigtigste anion
Natrium (Na)		En analog af kalium, der deltager i de samme processer.
Magnesium (Mg)		Magnesiumioner er regulatorer af processen, og i midten af ​​klorofylmolekylet er der også et magnesiumatom.
		Deltager i transporten af ​​elektroner gennem ETC af respiration og fotosyntese, er et strukturelt led i myoglobin, hæmoglobin og mange enzymer.

Vi håber, at det ud fra ovenstående ikke er svært at bestemme, hvilke kemiske elementer der er en del af cellen og tilhører makroelementerne.

Mikroelementer

Der er også komponenter i cellen, uden hvilke kroppen ikke kan fungere normalt, men deres indhold er altid mindre end 0,01%. Lad os bestemme, hvilke kemiske grundstoffer der er en del af cellen og tilhører gruppen af ​​mikroelementer.

		Det er en del af enzymerne DNA og RNA polymeraser, samt mange hormoner (for eksempel insulin).
		Deltager i processerne af fotosyntese, hæmocyaninsyntese og nogle enzymer.
		Er en strukturel komponent af hormonerne T3 og T4 i skjoldbruskkirtlen
Mangan (Mn)	mindre end 0,001	Inkluderet i enzymer og knogler. Deltager i nitrogenfiksering i bakterier
	mindre end 0,001	Påvirker processen med plantevækst.
		En del af knogler og tandemalje.

Organiske og uorganiske stoffer

Ud over de nævnte, hvilke andre kemiske grundstoffer indgår i cellens sammensætning? Svarene kan findes ved blot at studere strukturen af ​​de fleste stoffer i kroppen. Blandt dem skelnes molekyler af organisk og uorganisk oprindelse, og hver af disse grupper indeholder et fast sæt af elementer.

Hovedklasserne af organiske stoffer er proteiner, nukleinsyrer, fedtstoffer og kulhydrater. De er udelukkende bygget af basale biogene grundstoffer: Molekylets skelet er altid dannet af kulstof, og brint, ilt og nitrogen er en del af radikalerne. Hos dyr er den dominerende klasse proteiner, og hos planter polysaccharider.

Uorganiske stoffer er alle mineralsalte og selvfølgelig vand. Blandt alle de uorganiske stoffer i cellen er det mest H 2 O, hvori de resterende stoffer er opløst.

Alt ovenstående vil hjælpe dig med at bestemme, hvilke kemiske elementer der er en del af cellen, og deres funktioner i kroppen vil ikke længere være et mysterium for dig.

Den biologiske rolle af kemiske elementer i den menneskelige krop er ekstremt forskelligartet.

Makroelementers hovedfunktion er at bygge væv, opretholde konstant osmotisk tryk, ionisk og syrebasesammensætning.

Mikroelementer, der er en del af enzymer, hormoner, vitaminer, biologisk aktive stoffer som kompleksdannende midler eller aktivatorer, er involveret i metabolisme, reproduktionsprocesser, vævsrespiration og neutralisering af giftige stoffer. Mikroelementer påvirker aktivt processerne af hæmatopoiesis, oxidation - reduktion, permeabilitet af blodkar og væv. Makro- og mikroelementer - calcium, fosfor, fluor, jod, aluminium, silicium - bestemmer dannelsen af ​​knogle- og tandvæv.

Der er tegn på, at indholdet af nogle elementer i menneskekroppen ændrer sig med alderen. Således stiger indholdet af cadmium i nyrerne og molybdæn i leveren med alderdommen. Det maksimale zinkindhold observeres i puberteten, så falder det og når et minimum i alderdommen. Indholdet af andre sporstoffer, såsom vanadium og krom, falder også med alderen.

Mange sygdomme forbundet med en mangel eller overskydende akkumulering af forskellige mikroelementer er blevet identificeret. Fluormangel forårsager tandkaries, jodmangel forårsager endemisk struma, og overskydende molybdæn forårsager endemisk gigt. Disse former for mønstre er forbundet med det faktum, at den menneskelige krop opretholder en balance mellem optimale koncentrationer af biogene elementer - kemisk homeostase. Overtrædelse af denne balance efterfølges af

En mangel eller overskud af et element kan føre til forskellige sygdomme

Ud over de seks vigtigste makroelementer - organogener - kulstof, brint, nitrogen, oxygen, svovl og fosfor, som udgør kulhydrater, fedtstoffer, proteiner og nukleinsyrer, er "uorganiske" makroelementer nødvendige for normal ernæring af mennesker og dyr - calcium, klor, magnesium, kalium, natrium - og sporstoffer - kobber, fluor, jod, jern, molybdæn, zink og også, muligvis (bevist for dyr), selen, arsen, krom, nikkel, silicium, tin, vanadium.

Mangel på elementer som jern, kobber, fluor, zink, jod, calcium, fosfor, magnesium og nogle andre i kosten fører til alvorlige konsekvenser for menneskers sundhed.

Det skal dog huskes, at ikke kun en mangel, men også et overskud af næringsstoffer er skadeligt for kroppen, da kemisk homeostase er forstyrret. For eksempel, når overskydende mangan indtages med mad, stiger niveauet af kobber i plasmaet (synergisme af Mn og Cu), og i nyrerne falder det (antagonisme). En stigning i molybdænindhold i fødevarer fører til en stigning i mængden af ​​kobber i leveren. Overskydende zink i fødevarer forårsager hæmning af aktiviteten af ​​jernholdige enzymer (2n- og Fe-antagonisme).

Mineralske komponenter, som er vitale i ubetydelige mængder, bliver giftige ved højere koncentrationer.

Den vitale nødvendighed, mangel, toksicitet af et kemisk grundstof præsenteres i form af en afhængighedskurve "Koncentration af grundstoffet i madvarer- kropsreaktion” (fig. 5.5). Den tilnærmelsesvis vandrette sektion af kurven (plateauet) beskriver det område af koncentrationer, der svarer til optimal vækst, sundhed og reproduktion. Plateauets store udstrækning indikerer ikke kun grundstoffets lave toksicitet, men også kroppens større evne til at tilpasse sig væsentlige ændringer i indholdet af dette grundstof. Tværtimod indikerer et smalt plateau betydelig toksicitet af elementet og en skarp overgang fra mængder, der er nødvendige for kroppen, til livstruende. Når du går ud over et plateau (øgende mikroelementkoncentration), bliver alle grundstoffer giftige. I sidste ende kan en signifikant stigning i koncentrationen af ​​sporstoffer føre til døden.

En række grundstoffer (sølv, kviksølv, bly, cadmium osv.) tælles

De er giftige, da deres indtræden i kroppen selv i mikromængder fører til alvorlige patologiske fænomener. Den kemiske mekanisme af de toksiske virkninger af nogle sporstoffer vil blive diskuteret nedenfor.

Biogene elementer er meget udbredt i landbruget. Tilføjelse af små mængder mikroelementer til jorden - bor, kobber, mangan, zink, kobolt, molybdæn - øger udbyttet af mange afgrøder dramatisk. Det viser sig, at mikroelementer, ved at øge aktiviteten af ​​enzymer i planter, fremmer syntesen af ​​proteiner, vitaminer, nukleinsyrer, sukkerarter og stivelse. Nogle af de kemiske grundstoffer har en positiv effekt på fotosyntesen, fremskynder vækst og udvikling af planter og frømodning. Mikroelementer tilsættes dyrefoder for at øge deres produktivitet.

Forskellige grundstoffer og deres forbindelser anvendes i vid udstrækning som lægemidler.

At studere den biologiske rolle af kemiske elementer, belyse forholdet mellem metabolismen af ​​disse elementer og andre biologisk aktive stoffer - enzymer, hormoner, vitaminer - bidrager således til skabelsen af ​​nye lægemidler og udviklingen af ​​optimale doseringsregimer for både terapeutisk og profylaktisk formål.