Fra denne lektion vil du lære om den rolle, mineralforbindelser af mikro- og makroelementer spiller i levende organismers liv. Du vil stifte bekendtskab med miljøets brintindikator - pH, lære hvordan denne indikator er relateret til kroppens fysiologi, hvordan kroppen opretholder en konstant pH i miljøet. Find ud af de uorganiske anioners og kationers rolle i metaboliske processer, lær detaljer om funktionerne af Na-, K- og Ca-kationer i kroppen, samt hvilke andre metaller der er en del af vores krop, og hvad deres funktioner er.
Introduktion
Emne: Grundlæggende om cytologi
Lektion: Mineraler og deres rolle i cellelivet
1. Introduktion. Mineraler i cellen
Mineraler udgør fra 1 til 1,5 % af cellens våde vægt, og findes i cellen i form af salte forskudt til ioner, eller i fast tilstand (fig. 1).
Ris. 1. Kemisk sammensætning af celler fra levende organismer
I cytoplasmaet af enhver celle er der krystallinske indeslutninger, som er repræsenteret af let opløselige calcium- og phosphorsalte; Ud over dem kan der være siliciumoxid og andre uorganiske forbindelser, der deltager i dannelsen af støttende strukturer i cellen - i tilfælde af mineralskelet af radiolarier - og kroppen, det vil sige, de danner mineralsubstansen i knogler væv.
2. Uorganiske ioner: kationer og anioner
Uorganiske ioner er vigtige for cellens levetid (fig. 2).
Ris. 2. Formler for cellens hovedioner
Kationer- kalium, natrium, magnesium og calcium.
Anioner- chloridanion, bicarbonatanion, hydrogenphosphatanion, dihydrogenphosphatanion, carbonatanion, phosphatanion og nitratanion.
Lad os overveje betydningen af ioner.
Ioner, placeret på modsatte sider af cellemembraner, danner det såkaldte transmembranpotentiale. Mange ioner er ujævnt fordelt mellem cellen og miljøet. Koncentrationen af kaliumioner (K+) i cellen er således 20-30 gange højere end i miljøet; og koncentrationen af natriumioner (Na+) er ti gange lavere i cellen end i miljøet.
Takket være eksistensen koncentrationsgradienter, udføres mange vitale processer, såsom sammentrækning af muskelfibre, excitation af nerveceller og overførsel af stoffer over membranen.
Kationer påvirker viskositeten og fluiditeten af cytoplasmaet. Kaliumioner reducerer viskositeten og øger fluiditeten, calciumioner (Ca2+) har den modsatte effekt på cellens cytoplasma.
Anioner af svage syrer - bicarbonatanion (HCO3-), hydrogenphosphatanion (HPO42-) - er involveret i at opretholde cellens syre-base balance, dvs. pHmiljø. Ifølge deres reaktion kan løsninger være sur, neutral Og vigtigste.
En opløsnings surhedsgrad eller basicitet bestemmes af koncentrationen af hydrogenioner i den (fig. 3).
Ris. 3. Bestemmelse af surhedsgraden af en opløsning ved hjælp af en universel indikator
Denne koncentration udtrykkes ved hjælp af pH-indikatoren, længden af skalaen er fra 0 til 14. Neutralt mediums pH er omkring 7. Surt medium er mindre end 7. Basismedium er mere end 7. Du kan hurtigt bestemme mediets pH ved hjælp af indikatorpapirer eller strimler (se video) .
Vi dypper indikatorpapiret i opløsningen, fjern derefter strimlen og sammenligner straks farven på strimlens indikatorzone med farverne på standard sammenligningsskalaen, der er inkluderet i sættet, vurderer ligheden af farven og bestemmer pH værdi (se video).
3. pH i miljøet og ioners rolle i dets vedligeholdelse
pH-værdien i cellen er cirka 7.
En ændring i pH i den ene eller anden retning har en skadelig effekt på cellen, da de biokemiske processer, der finder sted i cellen, straks ændres.
Cellens pH-værdi opretholdes takket være bufferegenskaber dens indhold. En bufferopløsning er en opløsning, der holder en konstant pH-værdi. Typisk består et buffersystem af en stærk og svag elektrolyt: et salt og en svag base eller svag syre, der danner det.
Effekten af en bufferopløsning er, at den modstår ændringer i miljøets pH. En ændring i mediets pH kan opstå som følge af koncentrering af opløsningen eller fortynding med vand, syre eller alkali. Når surhedsgraden, det vil sige koncentrationen af hydrogenioner, stiger, interagerer frie anioner, hvis kilde er saltet, med protoner og fjerner dem fra opløsningen. Når surhedsgraden falder, øges tendensen til at frigive protoner. På denne måde holdes pH på et vist niveau, det vil sige, at koncentrationen af protoner holdes på et bestemt konstant niveau.
Nogle organiske forbindelser, især proteiner, har også bufferegenskaber.
Kationer af magnesium, calcium, jern, zink, kobolt, mangan er en del af enzymer og vitaminer (se video).
Metalkationer er en del af hormoner.
Zink er en del af insulin. Insulin er et bugspytkirtelhormon, der regulerer blodsukkerniveauet.
Magnesium er en del af klorofyl.
Jern er en del af hæmoglobin.
Med mangel på disse kationer forstyrres cellens vitale processer.
4. Metalioner som cofaktorer
Betydningen af natrium- og kaliumioner
Natrium- og kaliumioner er fordelt i hele kroppen, mens natriumioner hovedsageligt indgår i den intercellulære væske, og kaliumioner er indeholdt i cellerne: 95% af ionerne kalium indeholdt inde i celler og 95% af ioner natrium indeholdt i intercellulære væsker(Fig. 4).
Forbundet med natriumioner osmotisk tryk væsker, vævsvandretention og transport, eller transportere stoffer som aminosyrer og sukkerarter gennem membranen.
Betydningen af calcium i den menneskelige krop
Calcium er et af de mest rigelige grundstoffer i den menneskelige krop. Hovedparten af calcium findes i knogler og tænder. Fraktionen uden for knoglecalcium udgør 1% af den samlede mængde calcium i kroppen. Ekstraosøst calcium påvirker blodkoagulationen, såvel som neuromuskulær excitabilitet og muskelfiberkontraktion.
Fosfatbuffersystem
Fosfatbuffersystemet spiller en rolle i at opretholde kroppens syre-base balance, derudover opretholder det balancen i lumen af nyretubuli samt intracellulær væske.
Fosfatbuffersystemet består af dihydrogenphosphat og hydrogenphosphat. Hydrogenphosphat binder, det vil sige neutraliserer protonen. Dihydrogenphosphat frigiver en proton og interagerer med alkaliske produkter, der kommer ind i blodet.
Fosfatbuffersystemet er en del af blodbuffersystemet (fig. 5).
Blodbuffersystem
I den menneskelige krop er der altid visse betingelser for et skift i den normale reaktion af vævsmiljøet, for eksempel blod, mod acidose (forsuring) eller alkalose (deoxidation - et opadgående skift i pH).
Forskellige produkter kommer ind i blodet, for eksempel mælkesyre, phosphorsyre, svovlsyre, dannet som følge af oxidation af organofosforforbindelser eller svovlholdige proteiner. I dette tilfælde kan blodreaktionen skifte mod sure fødevarer.
Når man spiser kødprodukter, kommer sure forbindelser ind i blodet. Når man spiser planteføde, kommer baser ind i blodet.
Blodets pH forbliver dog på et vist konstant niveau.
Der er i blodet buffersystemer, som holder pH på et vist niveau.
Blodbuffersystemer omfatter:
Carbonat buffer system,
fosfatbuffersystem,
Hæmoglobin buffer system,
Plasmaproteinbuffersystem (fig. 6).
Interaktionen mellem disse buffersystemer skaber en vis konstant pH i blodet.
Derfor har vi i dag set på mineraler og deres rolle i cellens liv.
Lektier
Hvilke kemikalier kaldes mineraler? Hvilken betydning har mineraler for levende organismer? Hvilke stoffer består levende organismer hovedsageligt af? Hvilke kationer findes i levende organismer? Hvad er deres funktioner? Hvilke anioner findes i levende organismer? Hvad er deres rolle? Hvad er et buffersystem? Hvilke blodbuffersystemer kender du? Hvad er indholdet af mineraler i kroppen relateret til?
1. Kemisk sammensætning af levende organismer.
2. Wikipedia.
3. Biologi og medicin.
4. Uddannelsescenter.
Bibliografi
1. Kamensky A. A., Kriksunov E. A., Pasechnik V. V. Generel biologi 10-11 klasse Bustard, 2005.
2. Biologi. 10. klasse. Generel biologi. Grundniveau / P. V. Izhevsky, O. A. Kornilova, T. E. Loshchilina og andre - 2. udgave, revideret. - Ventana-Graf, 2010. - 224 s.
3. Belyaev D.K. Biologi 10-11 klasse. Generel biologi. Et grundlæggende niveau af. - 11. udg., stereotype. - M.: Uddannelse, 2012. - 304 s.
4. Agafonova I. B., Zakharova E. T., Sivoglazov V. I. Biologi 10-11 klasse. Generel biologi. Et grundlæggende niveau af. - 6. udg., tilføje. - Bustard, 2010. - 384 s.
Uorganiske ioner eller mineraler udfører følgende funktioner i kroppen:
1. Bioelektrisk funktion. Denne funktion er forbundet med forekomsten af en potentialforskel på cellemembraner. Ionkoncentrationsgradienten på begge sider af membranen skaber et potentiale på omkring 60-80 mV i forskellige celler. Den indvendige side af cellemembranen er negativt ladet i forhold til den ydre. Jo højere membranens elektriske potentiale er, jo højere er proteinindholdet og dets ionisering (negativ ladning) inde i cellen og koncentrationen af kationer uden for cellen (diffusionen af Na + og K + ioner gennem membranen ind i cellen er vanskelig ). Denne funktion af uorganiske ioner bruges til at regulere funktionerne af især excitable celler (nerve, muskel) og til at lede nerveimpulser.
2. Osmotisk funktion bruges til at regulere osmotisk tryk. En levende celle adlyder loven om isosmopolaritet: I alle miljøer i kroppen, mellem hvilke der er en fri udveksling af vand, etableres det samme osmotiske tryk. Hvis antallet af ioner i et bestemt medium stiger, så skynder vandet efter dem, indtil en ny ligevægt og et nyt niveau af osmotisk tryk er etableret.
3. Strukturel funktion på grund af metallers kompleksdannende egenskaber. Metalioner interagerer med anioniske grupper af proteiner, nukleinsyrer og andre makromolekyler og sikrer derved, sammen med andre faktorer, opretholdelsen af visse konformationer af disse molekyler. Da den biologiske aktivitet af biopolymerer afhænger af deres konformationer, er den normale implementering af deres funktioner af proteiner, den uhindrede implementering af information indeholdt i nukleinsyrer, dannelsen af supramolekylære komplekser, dannelsen af subcellulære strukturer og andre processer utænkelig uden deltagelse af kationer og anioner.
4. Regulerende funktion er, at metalioner er enzymaktivatorer og derved regulerer hastigheden af kemiske transformationer i cellen. Dette er en direkte regulatorisk effekt af kationer. Indirekte er metalioner ofte nødvendige for virkningen af en anden regulator, for eksempel et hormon. Lad os give et par eksempler. Dannelsen af den aktive form af insulin er umulig uden zinkioner. Den tertiære struktur af RNA bestemmes i høj grad af opløsningens ionstyrke, og kationer såsom Cr 2+, Ni 2+, Fe 2+, Zn 2+, Mn 2+ og andre er direkte involveret i dannelsen af spiralformen. struktur af nukleinsyrer. Koncentrationen af Mg 2+ ioner påvirker dannelsen af en sådan supramolekylær struktur som ribosomer.
5. Transportfunktion manifesterer sig i visse metallers deltagelse (som en del af metalloproteiner) i overførslen af elektroner eller simple molekyler. For eksempel er jern- og kobberkationer en del af cytokromer, som er bærere af elektroner i luftvejskæden, og jern i hæmoglobin binder ilt og deltager i dets overførsel.
6. Energifunktion forbundet med brugen af fosfatanioner i dannelsen af ATP og ADP (ATP er den vigtigste energibærer i levende organismer).
7. Mekanisk funktion. For eksempel er Ca+2-kationen og phosphatanionen en del af hydroxylapatit og calciumphosphat i knogler og bestemmer deres mekaniske styrke.
8. Syntetisk funktion. Mange uorganiske ioner bruges i syntesen af komplekse molekyler. For eksempel er jodioner I¯ involveret i syntesen af iodthyroniner i skjoldbruskkirtelceller; anion (SO 4) 2- - i syntesen af ester-svovlforbindelser (under neutralisering af skadelige organiske alkoholer og syrer i kroppen). Selen er vigtigt i mekanismen til beskyttelse mod de toksiske virkninger af peroxid. Det danner selenocystein, en analog af cystein, hvor selenatomer erstatter svovlatomer. Selenocystein er en komponent i enzymet glutathionperoxidase, som katalyserer reduktionen af hydrogenperoxid med glutathion (tripeptid - γ-glutamyl-cysteinylglycin)
Det er vigtigt at bemærke, at inden for visse grænser er udskiftelighed mellem nogle ioner mulig. Hvis der er en mangel på en metalion, kan den erstattes af en anden metalion, der ligner fysisk-kemiske egenskaber og ionradius. For eksempel er natriumionen erstattet af en lithiumion; calciumion - strontiumion; molybdæn ion - vanadiumion; jernion - kobolt-ion; nogle gange magnesiumioner - manganioner.
På grund af det faktum, at mineraler aktiverer virkningen af enzymer, påvirker de alle aspekter af stofskiftet. Lad os overveje, hvordan metabolismen af nukleinsyrer, proteiner, kulhydrater og lipider afhænger af tilstedeværelsen af visse uorganiske ioner.
>>> mikroelementer
Mineraler spiller en ekstremt vigtig rolle i levende organismers liv. Sammen med organiske stoffer er mineraler en del af organer og væv og deltager også i den metaboliske proces.
I alt bestemmes op til 70 kemiske elementer i menneskekroppen. Af disse er 43 grundstoffer absolut nødvendige for et normalt stofskifte.
Alle mineralske stoffer, baseret på deres kvantitative indhold i menneskekroppen, er normalt opdelt i flere undergrupper: makroelementer, mikroelementer og ultraelementer.
Makronæringsstoffer er en gruppe af uorganiske kemikalier, der er til stede i kroppen i betydelige mængder (fra flere tiere gram til flere kilo). Gruppen af makroelementer omfatter natrium, kalium, calcium, fosfor osv.
Mikroelementer findes i kroppen i meget mindre mængder (fra flere gram til tiendedele af et gram eller mindre). Disse stoffer omfatter: jern, mangan, kobber, zink, kobolt, molybdæn, silicium, fluor, jod osv. En særlig undergruppe af mikroelementer er ultramikroelementer, der er indeholdt i kroppen i ekstremt små mængder (guld, uran, kviksølv osv.) .
Mineralernes rolle i kroppen
Mineralske (uorganiske) stoffer, der indgår i kroppens struktur, udfører mange vigtige funktioner. Mange makro- og mikroelementer er kofaktorer for enzymer og vitaminer. Det betyder, at uden mineralmolekyler er vitaminer og enzymer inaktive og kan ikke katalysere biokemiske reaktioner (enzymers og vitaminers hovedrolle). Aktivering af enzymer sker ved tilsætning af atomer af uorganiske (mineralske) stoffer til deres molekyler, mens det vedhæftede atom af et uorganisk stof bliver det aktive centrum af hele det enzymatiske kompleks. For eksempel er jern fra hæmoglobinmolekylet i stand til at binde ilt for at overføre det til væv, kræver mange fordøjelsesenzymer (pepsin, trypsin) tilsætning af et zinkatom til aktivering, osv.
Mange mineraler er essentielle strukturelle elementer i kroppen - calcium og fosfor udgør hovedparten af mineralet i knogler og tænder, natrium og klor er plasmaets vigtigste ioner, og kalium findes i store mængder inde i levende celler.
Hele sættet af makro- og mikroelementer sikrer processerne for vækst og udvikling af kroppen. Mineraler spiller en vigtig rolle i at regulere immunprocesser, opretholde integriteten af cellemembraner og sikre vævsrespiration.
Opretholdelse af konstantheden af det indre miljø (homeostase) i kroppen involverer først og fremmest opretholdelse af det kvalitative og kvantitative indhold af mineraler i væv og organer på det fysiologiske niveau. Selv små afvigelser fra normen kan føre til de mest alvorlige konsekvenser for kroppens sundhed.
Kilder til mineraler
Den vigtigste kilde til mineraler for mennesker er indtaget vand og mad. Nogle mineralske elementer er allestedsnærværende, mens andre findes sjældnere og i mindre mængder. I dag, givet den forstyrrede økologi, kan den bedste kilde være kosttilskud (kosttilsætningsstoffer) og renset mineraliseret vand.
Forskellige fødevarer indeholder forskellige mængder af mineraler. For eksempel indeholder komælk og mejeriprodukter mere end 20 forskellige mineraler, hvoraf de vigtigste er jern, mangan, fluor, zink og jod. Kød og kødprodukter indeholder mikroelementer som sølv, titanium, kobber, zink og skaldyrsprodukter - jod, fluor, nikkel.
Som nævnt ovenfor er det indre miljøs konstanthed (indholdet af forskellige stoffer i kroppen) af stor betydning for kroppens normale funktion. På trods af den udbredte forekomst af mineraler i naturen er lidelser i kroppen forbundet med deres mangel (eller, mindre almindeligt, med overskud) ret almindelige. Sygdomme forårsaget af mangel på mineraler forekommer oftest i visse områder af kloden, hvor den naturlige koncentration af et bestemt mikroelement på grund af geologiske træk er lavere end i andre områder. De såkaldte endemiske zoner med jodmangel er velkendte, hvor en sådan sygdom som struma ofte opstår - en konsekvens af jodmangel.
Men meget oftere opstår en mangel på mineraler i kroppen på grund af forkert (ubalanceret) ernæring såvel som i visse perioder af livet og under visse fysiologiske og patologiske tilstande, når behovet for mineraler stiger (vækstperiode hos børn, graviditet, amning, forskellige akutte og kroniske sygdomme, overgangsalder osv.).
Korte karakteristika for de vigtigste mineraler
Natrium- er den mest almindelige ion i plasma - den flydende del af blodet. Dette element tegner sig for hovedandelen i skabelsen af osmotisk plasmatryk. Opretholdelse af normalt osmotisk tryk og cirkulerende blodvolumen er en vital proces, der hovedsageligt realiseres gennem regulering af absorption eller sekretion (udskillelse) af natrium på nyreniveau. Når mængden af cirkulerende blod falder (for eksempel på grund af dehydrering eller efter blodtab), lanceres en kompleks proces på nyrernes niveau, hvis formål er at bevare og akkumulere natriumioner i kroppen. Parallelt med natriumioner tilbageholdes vand i kroppen (metalioner tiltrækker vandmolekyler), som et resultat af hvilket volumen af cirkulerende blod genoprettes. Natrium er også involveret i den elektriske aktivitet af nerve- og muskelvæv. På grund af forskellen i natriumkoncentration mellem blodet og det intracellulære miljø, kan levende celler generere elektrisk strøm, der ligger til grund for aktiviteten af nervesystemet, musklerne og andre organer. Natriummangel er meget sjælden. Det opstår normalt, når der er alvorlig dehydrering eller større blodtab. Overfloden af natrium i naturen (bordsalt består af natrium og klor) gør det muligt hurtigt at genopbygge kroppens reserver af dette element. For nogle sygdomme (f.eks. hypertension) anbefales det at reducere saltindtaget (og derfor natrium) for lidt at reducere cirkulerende blodvolumen og sænke blodtrykket.
Kalium– er hovedionen i det intracellulære miljø. Dens koncentration i blodet er mange gange mindre end inde i celler. Denne kendsgerning er meget vigtig for kroppens cellers normale funktion. Ligesom natrium er kalium involveret i reguleringen af den elektriske aktivitet af organer og væv. Koncentrationen af kalium i blodet og inde i cellerne opretholdes med stor præcision. Selv små ændringer i koncentrationen af dette element i blodet kan forårsage alvorlige forstyrrelser i funktionen af indre organer (for eksempel hjertet). Sammenlignet med natrium er kalium mindre rigeligt i naturen, men forekommer i tilstrækkelige mængder. Den vigtigste kilde til kalium for mennesker er friske grøntsager og frugter.
Calcium. Den samlede masse af calcium i den voksne menneskekrop er cirka 4 kg. Desuden er dens hoveddel koncentreret i knoglevæv. Salte af calcium og fosforsyre er mineralgrundlaget for knogler. Udover mineraler indeholder knogler også en vis mængde proteiner, som danner en slags netværk, hvorpå der aflejres mineralske salte. Proteiner giver knoglerne fleksibilitet og elasticitet, og mineralske salte giver dem hårdhed og stivhed. Adskillige gram calcium findes i forskellige organer og væv. Her spiller calcium rollen som regulator af intracellulære processer. For eksempel er calcium involveret i mekanismerne for transmission af nerveimpulser fra en nervecelle til en anden, deltager i mekanismen for muskel- og hjertesammentrækning osv. Den vigtigste kilde til calcium for mennesker er produkter af animalsk oprindelse. Mejeriprodukter er særligt rige på calcium. Calcium er absolut nødvendigt for den normale funktion af den metaboliske proces. Calciummangel er ret almindelig. Oftest opstår det på grund af dårlig ernæring (indtagelse af små mængder mejeriprodukter), samt under graviditet eller amning. Hos børn kan calciummangel udvikle sig i perioder med intensiv vækst.
Jern. Den voksne menneskekrop indeholder omkring 4 gram jern, hvor hovedparten af det er koncentreret i blodet. Jern er en væsentlig bestanddel af hæmoglobin, pigmentet i røde blodlegemer, der transporterer ilt fra lungerne til vævene. Jern er også en del af de enzymer, der sikrer cellulær respiration (iltforbrug af celler). Den vigtigste kilde til jern for mennesker er fødevarer af vegetabilsk og animalsk oprindelse. Æbler, granatæbler, kød og lever er rige på jern. Jernmangel kommer til udtryk ved anæmi, såvel som afskalning af huden, spaltning af negle, revner på læberne og skørt hår. Oftest lider børn og kvinder i den fødedygtige alder af jernmangel. Årsagen til jernmangel hos børn er dårlig ernæring og hurtig vækst af kroppen. Hos kvinder udvikles jernmangel på grund af konstant blodtab under menstruation. Jernmangel er især farlig under graviditet. Anæmi, som en manifestation af jernmangel, kan endda forårsage fosterdød på grund af mangel på ilt.
Forskellige sygdomme i fordøjelseskanalen (kronisk gastritis, enteritis) kan også bidrage til udviklingen af jernmangel.
Jod– er et væsentligt mikroelement for mennesker. Jods hovedrolle i menneskekroppen er, at jod er den aktive del af skjoldbruskkirtelhormoner. Skjoldbruskkirtelhormoner regulerer kroppens energiprocesser – varmeproduktion, vækst og udvikling. Med mangel på jod opstår en alvorlig tilstand - hypothyroidisme, så navngivet på grund af manglen på skjoldbruskkirtelhormoner (jod er nødvendigt for deres syntese). De vigtigste kilder til jod for mennesker er mælk, kød, friske grøntsager, fisk og skaldyr. Jodmangel opstår hovedsageligt på grund af dårlig kost. I nogle områder af kloden (for eksempel Ural) forekommer hypothyroidisme særligt ofte. Dette skyldes mangel på jodindhold i jord og vand.
Fluor kun gavnlig for kroppen i små mængder. Ved lave koncentrationer stimulerer fluor udviklingen og væksten af tænder, knoglevæv, dannelsen af blodceller og øger immuniteten. Mangel på fluor øger risikoen for caries (især hos børn) og påvirker immunsystemet negativt. Fluor kan i store doser give sygdommen fluorose, der viser sig som skeletforandringer. De vigtigste kilder til fluor er friske grøntsager og mælk samt drikkevand.
Kobber. Kobbers rolle i kroppen er at aktivere vævsenzymer, der er involveret i celleånding og omdannelse af stoffer. Det er også vigtigt at bemærke den positive effekt af kobber på processen med hæmatopoiesis. Ved hjælp af kobber overføres jern til knoglemarven, og røde blodlegemer modnes. Med mangel på kobber er udviklingen af knogler og bindevæv svækket, børns mentale udvikling hæmmes også, leveren og milten forstørres, og anæmi udvikles. Brød og melprodukter, te, kaffe, frugt og svampe er de vigtigste kilder til kobber for mennesker.
Zink er en del af mange enzymer, har en stimulerende effekt på pubertetsprocessen, knogledannelsen og nedbrydningen af fedtvæv. Zinkmangel udvikler sig ret sjældent. Nogle gange opstår zinkmangel, når overforbrug af melprodukter forstyrrer optagelsen af zink fra tarmene. En mangel på zink (især i barndommen) kan føre til alvorlige udviklingsforstyrrelser: hæmning af puberteten, hårtab, skeletdeformation. Tilstrækkelige mængder zink til mennesker findes i dyrelever, kød, æggeblommer, oste og ærter.
Kobolt- er en faktor i aktiveringen af vitamin B12, derfor er dette element uundværligt for det normale forløb af processen med bloddannelse. Kobolt stimulerer også proteinsyntese og muskelvækst og aktiverer nogle enzymer, der behandler kulhydrater. Koboltmangel kan vise sig som anæmi (anæmi). De vigtigste kilder til kobolt er brød og melprodukter, frugt og grøntsager, mælk og bælgfrugter.
Bibliografi:
- Idz M.D. Vitaminer og mineraler, St. Petersborg. : Sæt, 1995
- Mindell E. Handbook of vitamins and minerals, M.: Medicin og ernæring: Tekhlit, 1997
- Beyul E.A Handbook of Dietetics, M.: Medicine, 1992
|
|
Cellen består af organiske og mineralske stoffer.
Mineralsammensætning af celler
Af de uorganiske stoffer omfatter cellesammensætningen 86 elementer i det periodiske system, omkring 16-18 grundstoffer er afgørende for den normale eksistens af en levende celle.
Blandt grundstofferne er der: organogener, makroelementer, mikroelementer og ultramikroelementer.
Organogener
Det er de stoffer, der udgør organisk stof: ilt, kulstof, brint og nitrogen.
Ilt(65-75%) - findes i et stort antal organiske molekyler - proteiner, fedtstoffer, kulhydrater, nukleinsyrer. I form af et simpelt stof (O2) dannes det under oxygenisk fotosyntese (cyanobakterier, alger, planter).
Funktioner: 1. Ilt er et stærkt oxidationsmiddel (oxiderer glukose under cellulær respiration, energi frigives i processen)
2. En del af cellens organiske stoffer
3. En del af vandmolekylet
Kulstof(15-18%) - er grundlaget for strukturen af alle organiske stoffer. Kuldioxid frigives under respiration og absorberes under fotosyntese. Det kan være i form af CO - kulilte. I form af calciumcarbonat (CaCO3) er det en del af knogler.
Brint(8 - 10%) - ligesom kulstof er det en del af enhver organisk forbindelse. Det er også en del af vandet.
Nitrogen(2 - 3%) - er en del af aminosyrer, og derfor proteiner, nukleinsyrer, nogle vitaminer og pigmenter. Fixeret af bakterier fra atmosfæren.
Makronæringsstoffer
Magnesium (0,02 - 0,03%)
1. I cellen - en del af enzymer, involveret i DNA-syntese og energimetabolisme
2. I planter - en del af klorofyl
3. Hos dyr - en del af enzymerne involveret i funktionen af muskel-, nerve- og knoglevæv.
Natrium (0,02 - 0,03%)
1. I cellen - en del af kalium-natrium kanaler og pumper
2. I planter - deltager i osmose, som sikrer optagelse af vand fra jorden
3. Hos dyr - deltager i nyrefunktionen, opretholder hjerterytmen, er en del af blodet (NaCl), hjælper med at opretholde syre-base balance
Calcium (0,04 - 2,0%)
1. I cellen - deltager i den selektive permeabilitet af membranen, i processen med at forbinde DNA med proteiner
2. I planter - danner salte af pektinstoffer, giver hårdhed til det intercellulære stof, der forbinder planteceller, og deltager også i dannelsen af intercellulære kontakter
3. Hos dyr - er en del af hvirveldyrs knogler, skaller af bløddyr og koralpolypper, deltager i dannelsen af galde, øger rygmarvens refleksexcitabilitet og spytcentret, deltager i den synaptiske transmission af nerveimpulser, i blodkoagulationsprocesser, er en nødvendig faktor i reduktionen af tværstribede muskler
Jern (0,02%)
1. I cellen - en del af cytochromer
2. I planter - deltager i syntesen af klorofyl, er en del af enzymer involveret i respiration, er en del af cytochromer
3. Hos dyr - en del af hæmoglobin
Kalium (0,15 - 0,4%)
1. I cellen - vedligeholder cytoplasmaets kolloide egenskaber, er en del af kalium-natrium pumper og kanaler, aktiverer enzymer involveret i proteinsyntese under glykolyse
2. Hos planter - deltager i reguleringen af vandmetabolisme og fotosyntese
3. Nødvendig for korrekt hjerterytme, deltager i ledningen af nerveimpulser
Svovl (0,15 - 0,2%)
1. I cellen - det er en del af nogle aminosyrer - citin, cystein og methionin, danner disulfidbroer i proteinets tertiære struktur, er en del af nogle enzymer og coenzym A, er en del af bakteriochlorophyll, nogle kemosyntetika bruger svovl forbindelser til at producere energi
2. Hos dyr - en del af insulin, vitamin B1, biotin
Fosfor (0,2 - 1,0%)
1. I cellen - i form af phosphorsyrerester er det en del af DNA, RNA, ATP, nukleotider, coenzymer NAD, NADP, FAD, fosforylerede sukkerarter, phospholipider og mange enzymer det danner membraner som en del af phospholipider
2. Hos dyr - en del af knogler, tænder, hos pattedyr er det en komponent i buffersystemet, opretholder syrebalancen i vævsvæsken relativt konstant
Klor (0,05 - 0,1%)
1. I cellen - er med til at opretholde cellens elektroneutralitet
2. I anlæg - deltager i reguleringen af turgortryk
3. Hos dyr - deltager i dannelsen af det osmotiske potentiale af blodplasma, såvel som i processerne af excitation og hæmning i nerveceller, er en del af mavesaften i form af saltsyre
Mikroelementer
Kobber
1. I cellen - en del af enzymerne involveret i syntesen af cytochromer
2. I planter - en del af de enzymer, der er involveret i reaktionerne i den mørke fase af fotosyntesen
3. Hos dyr - deltager i syntesen af hæmoglobin, hos hvirvelløse dyr er det en del af hæmocyaniner - iltbærere, hos mennesker - det er en del af hudpigmentet - melanin
Zink
1. Deltager i alkoholisk gæring
2. I planter - en del af enzymerne involveret i nedbrydningen af kulsyre og i syntesen af plantehormoner-auxiner
Jod
1. Hos hvirveldyr - en del af skjoldbruskkirtelhormonerne (thyroxin)
Kobolt
1. Hos dyr - en del af vitamin B12 (deltager i syntesen af hæmoglobin), dets mangel fører til anæmi
Fluor
1. Hos dyr - giver styrke til knogler og tandemalje
Mangan
1. I cellen - en del af enzymer involveret i respiration, fedtsyreoxidation, øger carboxylaseaktivitet
2. I planter - som en del af enzymer deltager den i mørkereaktioner af fotosyntese og i reduktionen af nitrater
3. Hos dyr - en del af de fosfatase-enzymer, der er nødvendige for knoglevækst
Brom
1. I cellen - en del af vitamin B1, som er involveret i nedbrydningen af pyrodruesyre
Molybdæn
1. I cellen - som en del af enzymer deltager den i fikseringen af atmosfærisk nitrogen
2. I planter - som en del af enzymer, deltager det i arbejdet med stomata og enzymer involveret i syntesen af aminosyrer
Bor
1. Påvirker plantevækst
En celle er en elementær enhed af en levende ting, der besidder alle en organismes egenskaber: evnen til at reproducere, vokse, udveksle stoffer og energi med miljøet, irritabilitet og konstant kemisk produktion.
Makroelementer er elementer, hvis mængde i en celle er op til 0,001% af kropsvægten. Eksempler er oxygen, kulstof, nitrogen, fosfor, brint, svovl, jern, natrium, calcium osv.
Mikroelementer er grundstoffer, hvis mængde i en celle varierer fra 0,001 % til 0,000001 % af kropsvægten. Eksempler er bor, kobber, kobolt, zink, jod osv.
Ultramikroelementer er grundstoffer, hvis indhold i en celle ikke overstiger 0,000001 % af kropsvægten. Eksempler er guld, kviksølv, cæsium, selen osv.
2. Lav et diagram over "Cellestoffer".
3. Hvad indikerer den videnskabelige kendsgerning om ligheden mellem den elementære kemiske sammensætning af levende og livløs natur?
Dette indikerer fællesligheden mellem levende og livløs natur.
Uorganiske stoffer. Vands og mineralers rolle i cellelivet.
1. Giv definitioner af begreber.
Uorganiske stoffer er vand, mineralsalte, syrer, anioner og kationer, der findes i både levende og ikke-levende organismer.
Vand er et af de mest almindelige uorganiske stoffer i naturen, hvis molekyle består af to brintatomer og et oxygenatom.
2. Tegn et diagram over "vandets struktur".
3. Hvilke strukturelle træk ved vandmolekyler giver det unikke egenskaber, uden hvilke liv er umuligt?
Strukturen af vandmolekylet er dannet af to brintatomer og et iltatom, som danner en dipol, det vil sige, at vand har to polariteter "+" og "-". opløse kemikalier. Derudover er vanddipoler forbundet med hinanden ved hjælp af brintbindinger, hvilket sikrer dets evne til at være i forskellige aggregeringstilstande, samt til at opløse eller ikke opløse forskellige stoffer.
4. Udfyld tabellen "Vands og mineralers rolle i cellen."
5. Hvad er betydningen af den relative konstanthed af det indre miljø i en celle for at sikre dens vitale processer?
Konstansen af cellens indre miljø kaldes homeostase. Krænkelse af homeostase fører til skade på cellen eller til dens død, plastisk stofskifte og energiudveksling forekommer konstant i cellen, disse er to komponenter af metabolisme, og afbrydelse af denne proces fører til skade eller død af hele organismen.
6. Hvad er formålet med buffersystemer af levende organismer, og hvad er princippet om deres funktion?
Buffersystemer opretholder en vis pH-værdi (en indikator for surhedsgrad) i miljøet i biologiske væsker. Funktionsprincippet er, at mediets pH afhænger af koncentrationen af protoner i dette medium (H+). Buffersystemet er i stand til at absorbere eller donere protoner afhængigt af deres indtræden i miljøet udefra eller omvendt fjernelse fra miljøet, mens pH-værdien ikke ændres. Tilstedeværelsen af buffersystemer er nødvendig i en levende organisme, da pH på grund af ændringer i miljøforhold kan variere meget, og de fleste enzymer virker kun ved en vis pH-værdi.
Eksempler på buffersystemer:
carbonat-hydrocarbonat (blanding af Na2СО3 og NaHCO3)
fosfat (blanding af K2HPO4 og KH2PO4).
Organiske stoffer. Kulhydraters, lipiders og proteiners rolle i cellelivet.
1. Giv definitioner af begreber.
Organiske stoffer er stoffer, der nødvendigvis indeholder kulstof; de er en del af levende organismer og dannes kun med deres deltagelse.
Proteiner er organiske stoffer med høj molekylvægt, der består af alfa-aminosyrer forbundet til en kæde med en peptidbinding.
Lipider er en stor gruppe af naturlige organiske forbindelser, herunder fedtstoffer og fedtlignende stoffer. Molekylerne af simple lipider består af alkohol og fedtsyrer, komplekse - af alkohol, højmolekylære fedtsyrer og andre komponenter.
Kulhydrater er organiske stoffer indeholdende carbonyl og flere hydroxylgrupper og kaldes ellers sukkerarter.
2. Udfyld tabellen med de manglende oplysninger "Struktur og funktioner af organiske stoffer i cellen."
3. Hvad menes med proteindenaturering?
Proteindenaturering er tabet af et proteins naturlige struktur.
Nukleinsyrer, ATP og andre organiske forbindelser i cellen.
1. Giv definitioner af begreber.
Nukleinsyrer er biopolymerer bestående af monomerer - nukleotider.
ATP er en forbindelse bestående af den nitrogenholdige base adenin, kulhydratet ribose og tre fosforsyrerester.
Et nukleotid er en nukleinsyremonomer, der består af en fosfatgruppe, et femkulstofsukker (pentose) og en nitrogenholdig base.
En makroergisk binding er en binding mellem phosphorsyrerester i ATP.
Komplementaritet er den rumlige gensidige overensstemmelse mellem nukleotider.
2. Bevis, at nukleinsyrer er biopolymerer.
Nukleinsyrer består af et stort antal gentagne nukleotider og har en masse på 10.000 til flere millioner kulstofenheder.
3. Beskriv nukleotidmolekylets strukturelle træk.
Et nukleotid er en forbindelse af tre komponenter: en phosphorsyrerest, en 5-carbon sukker (ribose) og en af de nitrogenholdige forbindelser (adenin, guanin, cytosin, thymin eller uracil).
4. Hvad er strukturen af DNA-molekylet?
DNA er en dobbelthelix bestående af mange nukleotider, der er sekventielt forbundet til hinanden på grund af kovalente bindinger mellem deoxyribosen fra en og fosforsyreresten af et andet nukleotid. De nitrogenholdige baser, som er placeret på den ene side af rygraden af en kæde, er forbundet med H-bindinger til de nitrogenholdige baser i den anden kæde i henhold til komplementaritetsprincippet.
5. Anvend komplementaritetsprincippet, konstruer den anden DNA-streng.
T-A-T-C-A-G-A-C-C-T-A-C
A-T-A-G-T-C-T-G-G-A-T-G.
6. Hvad er hovedfunktionerne af DNA i en celle?
Ved hjælp af fire typer nukleotider registrerer DNA al vigtig information i cellen om organismen, som videregives til efterfølgende generationer.
7. Hvordan adskiller et RNA-molekyle sig fra et DNA-molekyle?
RNA er en enkeltstreng mindre end DNA. Nukleotider indeholder sukkeret ribose, ikke deoxyribose, som i DNA. Den nitrogenholdige base, i stedet for thymin, er uracil.
8. Hvad har strukturerne af DNA og RNA molekyler til fælles?
Både RNA og DNA er biopolymerer opbygget af nukleotider. Hvad nukleotider har til fælles i strukturen er tilstedeværelsen af en fosforsyrerest og baserne adenin, guanin og cytosin.
9. Udfyld tabellen "Typer af RNA og deres funktioner i cellen."
10. Hvad er ATP? Hvad er dens rolle i cellen?
ATP – adenosintrifosfat, en højenergiforbindelse. Dens funktioner er den universelle lagrer og bærer af energi i cellen.
11. Hvad er ATP-molekylets struktur?
ATP består af tre phosphorsyrerester, ribose og adenin.
12. Hvad er vitaminer? Hvilke to store grupper er de opdelt i?
Vitaminer er biologisk aktive organiske forbindelser, der spiller en vigtig rolle i metaboliske processer. De er opdelt i vandopløselige (C, B1, B2 osv.) og fedtopløselige (A, E osv.).
13. Udfyld tabellen "Vitaminer og deres rolle i den menneskelige krop."