Unsur kimia dan peranan biologinya. Peranan biologi unsur kimia dalam organisma hidup

Jadual 4.1

Fungsi makroelemen dalam badan

elemen	Fungsi	Cacat
Fosforus	Mengambil bahagian dalam pembinaan semua sel badan, dalam semua proses metabolik, sangat penting untuk fungsi otak, dan mengambil bahagian dalam pembentukan hormon.	Keletihan kronik, mengurangkan perhatian. Keadaan imunodefisiensi. Penurunan daya tahan terhadap jangkitan. Perubahan dystrophik dalam miokardium. Osteoporosis.
Kalsium	Pembentukan tisu tulang, mineralisasi gigi. Penyertaan dalam proses pembekuan darah. Peraturan kebolehtelapan membran sel. Pengawalseliaan proses pengaliran saraf dan pengecutan otot. Mengekalkan aktiviti jantung yang stabil. Pengaktif enzim dan hormon.	Kelemahan umum, peningkatan keletihan. Sakit, kekejangan otot. Gangguan proses pertumbuhan. Decalcification rangka, osteoporosis, kecacatan rangka. Gangguan imuniti. Pengurangan pembekuan darah, pendarahan.
Magnesium	Penyertaan dalam proses metabolik, interaksi dengan kalium, natrium, kalsium. Pengaktif untuk banyak tindak balas enzimatik.	Peraturan pengaliran neuromuskular, nada otot licin Kerengsaan, sakit kepala, buaian tekanan darah
, degupan jantung.	Kalium Membantu menghasilkan hampir semua enzim. Bertanggungjawab untuk pengaliran jantung dan keadaan sistem kardiovaskular secara keseluruhan. Pembentukan potensi elektrik dengan pertukaran dengan ion natrium (“»)	pam kalium-natrium
Aritmia jantung, mengantuk, kelemahan otot, loya, pengekalan kencing, penurunan tekanan darah.	natrium Menyediakan keseimbangan asid-bes	. Membantu tisu mengekalkan air. Pembentukan potensi elektrik melalui pertukaran dengan ion kalium (“pam kalium-natrium”)
Penurunan berat badan, kelemahan, keguguran rambut, gangguan usus, kekejangan otot	besi	Mengambil bahagian dalam pengeluaran hemoglobin dan enzim pernafasan. Merangsang hematopoiesis. Anemia kekurangan zat besi dan hipoksia. Sakit kepala, hilang ingatan. Melambatkan mental dan

perkembangan fizikal

pada kanak-kanak. Peningkatan kadar denyutan jantung. Penindasan imun. Peningkatan risiko mendapat penyakit berjangkit dan tumor.

elemen	Fungsi	Cacat
Jadual 4. 1 (akhir)	Fungsi unsur mikro dan unsur ultramikro dalam tubuh manusia Iodin dalam pembentukan hormon tiroid - tiroksin.	Fungsi kelenjar tiroid terganggu, dan dengan kekurangan iodin, strukturnya juga berubah - sehingga perkembangan goiter.
Chromium	Mengawal pemprosesan gula dan karbohidrat lain, metabolisme insulin.	Peningkatan gula darah, penyerapan glukosa terjejas, dan dengan kekurangan yang berpanjangan, diabetes boleh berkembang.
Tembaga	Mengambil bahagian dalam sintesis sel darah merah, kolagen (bertanggungjawab untuk keanjalan kulit), dan pembaharuan sel kulit. Menggalakkan penyerapan zat besi yang betul.	Anemia, pigmentasi rambut dan kulit terjejas, suhu di bawah normal, gangguan mental.
Selenium	Melambatkan proses penuaan, menguatkan sistem imun. Ia adalah antioksidan semulajadi - melindungi sel daripada kanser.	Penurunan imuniti, kemerosotan fungsi jantung
Zink	Membantu sel pankreas menghasilkan insulin. Mengambil bahagian dalam metabolisme lemak, protein dan vitamin, sintesis beberapa hormon. Merangsang fungsi pembiakan pada lelaki, imuniti am, ketahanan terhadap jangkitan.	Perkembangan psikomotor yang tertunda pada kanak-kanak, kebotakan, dermatitis, penurunan imuniti dan fungsi pembiakan, kerengsaan, kemurungan.
Mangan	Mengambil bahagian dalam proses oksidatif, metabolisme asid lemak dan mengawal paras kolesterol.	Gangguan metabolisme kolesterol, aterosklerosis vaskular.
Molibdenum	Merangsang metabolisme, membantu pecahan normal lemak.	Gangguan metabolisme lipid (lemak) dan karbohidrat, masalah penghadaman.
Fluorin	Mengambil bahagian dalam pembentukan tisu gigi yang keras dan enamel gigi. Kekuatan tulang bergantung padanya.	Kerapuhan enamel gigi, penyakit radang gusi (contohnya, periodontitis).
Kobalt	Mengaktifkan beberapa enzim, meningkatkan pengeluaran protein, mengambil bahagian dalam pengeluaran vitamin B12 dan pembentukan insulin.	Kekurangan vitamin B12, yang membawa kepada gangguan metabolik.

Bahan organik

Sebatian organik membentuk purata 20–30% daripada jisim sel organisma hidup. Ini termasuk polimer biologi - protein, asid nukleik dan polisakarida, serta lemak dan sebilangan berat molekul rendah bahan organik– asid amino, gula ringkas, nukleotida, dll.

Polimer - kompleks bercabang atau molekul linear, yang terurai kepada monomer apabila dihidrolisis. Jika polimer terdiri daripada satu jenis monomer, maka polimer sedemikian dipanggil homopolimer jika molekul polimer mengandungi monomer yang berbeza, maka ia adalah heteropolimer.

Jika sekumpulan monomer yang berbeza dalam molekul polimer diulang, ia adalah heteropolimer biasa jika tiada pengulangan kumpulan monomer tertentu, ia adalah heteropolimer yang tidak teratur.

Sebagai sebahagian daripada sel, mereka diwakili oleh protein, karbohidrat, lemak, asid nukleik (DNA dan RNA) dan adenosin trifosfat (ATP).

tupai

Daripada bahan organik sel, protein diutamakan dalam kuantiti dan kepentingan. Protein, atau protein (dari bahasa Yunani protos - pertama, utama) ialah heteropolimer molekul tinggi, bahan organik yang terurai semasa hidrolisis kepada asid amino.

Protein ringkas (terdiri daripada asid amino sahaja) mengandungi karbon, hidrogen, nitrogen, oksigen dan sulfur.

Sesetengah protein (protein kompleks) membentuk kompleks dengan molekul lain yang mengandungi fosforus, besi, zink dan tembaga - ini adalah protein kompleks yang, sebagai tambahan kepada asid amino, juga mengandungi kumpulan prostetik bukan protein. Ia boleh diwakili oleh ion logam (metalloprotein - hemoglobin), karbohidrat (glikoprotein), lipid (lipoprotein), asid nukleik (nukleoprotein).

Protein mempunyai berat molekul yang besar: Salah satu protein, globulin susu, mempunyai berat molekul 42,000.

Protein ialah heteropolimer tidak teratur yang monomernya ialah asid α-amino. Lebih 170 asid amino yang berbeza telah ditemui dalam sel dan tisu, tetapi protein hanya mengandungi 20 asid α-amino.

Bergantung kepada sama ada asid amino boleh disintesis dalam badan, ia dibezakan: asid amino tidak penting - sepuluh asid amino disintesis dalam badan dan asid amino penting– asid amino yang tidak disintesis dalam badan. Asid amino penting mesti dibekalkan kepada badan melalui makanan.

Bergantung kepada komposisi asid amino, protein sudah lengkap, jika ia mengandungi keseluruhan set asid amino penting dan rosak, jika beberapa asid amino penting tiada dalam komposisinya.

Formula am asid amino ditunjukkan dalam rajah. Semua α -asid amino pada α Atom -karbon mengandungi atom hidrogen, kumpulan karboksil (-COOH) dan kumpulan amino (-NH 2). Selebihnya molekul diwakili oleh radikal.

Kumpulan amino dengan mudah melekatkan ion hidrogen, i.e. mempamerkan sifat asas. Kumpulan karboksil mudah melepaskan ion hidrogen dan mempamerkan sifat asid. Asid amino ialah amfoterik sebatian, kerana dalam larutan mereka boleh bertindak sebagai kedua-dua asid dan bes. Dalam larutan akueus, asid amino wujud dalam berbeza bentuk ion Oh. Ini bergantung kepada pH larutan dan sama ada asid amino adalah neutral, berasid atau asas.

Bergantung kepada bilangan kumpulan amino dan kumpulan karboksil yang termasuk dalam komposisi asid amino, asid amino neutral dibezakan, mempunyai satu kumpulan karboksil dan satu kumpulan amino, asid amino asas, mempunyai satu lagi kumpulan amino dalam radikal, dan asid amino berasid. , mempunyai satu lagi kumpulan karboksil dalam radikal.

Peptida– bahan organik yang terdiri daripada sebilangan kecil sisa asid amino yang disambungkan oleh ikatan peptida. Pembentukan peptida berlaku akibat tindak balas pemeluwapan asid amino (Gamb. 4.6).

Apabila kumpulan amino satu asid amino berinteraksi dengan kumpulan karboksil yang lain, ikatan nitrogen-karbon kovalen berlaku di antara mereka, yang dipanggil peptida. Bergantung kepada bilangan sisa asid amino yang termasuk dalam peptida, dipeptida, tripeptida, tetrapeptida, dll. dibezakan. Pembentukan ikatan peptida boleh diulang berkali-kali. Ini membawa kepada pembentukan polipeptida. Jika polipeptida terdiri daripada sejumlah besar residu asid amino, maka ia sudah dipanggil protein. Pada satu hujung molekul terdapat kumpulan amino bebas (dipanggil N-terminus), dan pada satu lagi terdapat kumpulan karboksil bebas (dipanggil C-terminus).

Struktur molekul protein

Prestasi fungsi tertentu tertentu oleh protein bergantung pada konfigurasi ruang molekulnya di samping itu, ia adalah tidak menguntungkan sel secara bertenaga untuk mengekalkan protein dalam bentuk yang tidak dilipat, dalam bentuk rantai, oleh itu rantai polipeptida mengalami lipatan, memperoleh satu; struktur tiga dimensi tertentu, atau konformasi. Terdapat 4 peringkat organisasi spatial protein.

Struktur utama protein - urutan susunan sisa asid amino dalam rantai polipeptida yang membentuk molekul protein. Ikatan antara asid amino ialah ikatan peptida.

Struktur utama molekul protein menentukan sifat molekul protein dan konfigurasi ruangnya. Menggantikan hanya satu asid amino dengan yang lain dalam rantai polipeptida membawa kepada perubahan dalam sifat dan fungsi protein.

Sebagai contoh, menggantikan asid amino glutamin keenam dalam subunit b hemoglobin dengan valine membawa kepada fakta bahawa molekul hemoglobin secara keseluruhan tidak dapat melaksanakan fungsi utamanya - pengangkutan oksigen (dalam kes sedemikian, seseorang mengalami penyakit - sel sabit. anemia).

Protein pertama yang urutan asid aminonya dikenal pasti ialah hormon insulin. Penyelidikan telah dijalankan di Universiti Cambridge F. Sanger dari 1944 hingga 1954. Didapati bahawa molekul insulin terdiri daripada dua rantai polipeptida (21 dan 30 sisa asid amino) yang dipegang berdekatan antara satu sama lain oleh jambatan disulfida. Untuk anda kerja bersusah payah F. Sanger telah dianugerahkan Hadiah Nobel.

nasi. 4.6. Struktur utama molekul protein

Struktur sekunder– mengarahkan lipatan rantai polipeptida ke dalam α-helix(kelihatan seperti spring lanjutan) dan β-struktur (lapisan berlipat). DALAM α- lingkaran NH-kumpulan sisa asid amino ini berinteraksi dengan kumpulan CO sisa keempat daripadanya. Hampir semua "SO-" dan "NN-groups" mengambil bahagian dalam pendidikan ikatan hidrogen. Mereka lebih lemah daripada peptida, tetapi, diulang berkali-kali, memberikan kestabilan dan ketegaran kepada konfigurasi ini. Di peringkat struktur sekunder Terdapat protein: fibroin (sutera, sarang labah-labah), keratin (rambut, kuku), kolagen (tendon).

Struktur tertier- meletakkan rantai polipeptida dalam globul, timbul akibat daripada berlakunya ikatan kimia (hidrogen, ionik, disulfida) dan penubuhan interaksi hidrofobik antara radikal sisa asid amino. Peranan utama dalam pembentukan struktur tertier dimainkan oleh interaksi hidrofilik-hidrofobik. Dalam larutan akueus, radikal hidrofobik cenderung bersembunyi daripada air, berkumpul di dalam globul, manakala radikal hidrofilik, akibat penghidratan (interaksi dengan dipol air), cenderung muncul pada permukaan molekul.

Bagi sesetengah protein, struktur tertier distabilkan oleh disulfida. ikatan kovalen, timbul di antara atom sulfur dua sisa sistein. Pada peringkat struktur tertier terdapat enzim, antibodi, dan beberapa hormon. Berdasarkan bentuk molekul, protein dibezakan antara globular dan fibrillar. Jika protein fibrillar melakukan terutamanya fungsi sokongan, maka protein globular larut dan melakukan banyak fungsi dalam sitoplasma sel atau dalam persekitaran dalaman badan.

Struktur kuarter ciri protein kompleks yang molekulnya dibentuk oleh dua atau lebih globul. Subunit dipegang dalam molekul secara eksklusif oleh ikatan bukan kovalen, terutamanya hidrogen dan hidrofobik.

Protein yang paling banyak dikaji dengan struktur kuaternari ialah hemoglobin. Ia dibentuk oleh dua subunit a (141 residu asid amino) dan dua subunit b (146 residu asid amino Setiap subunit dikaitkan dengan molekul heme yang mengandungi besi. Banyak protein dengan struktur kuaternari menduduki kedudukan pertengahan antara molekul dan organel selular– contohnya, mikrotubulus sitoskeleton terdiri daripada protein tubulin, terdiri daripada dua subunit. Tiub memanjang hasil daripada lampiran dimer ke hujungnya.

Jika atas sebab tertentu konformasi spatial protein menyimpang daripada normal, protein tidak dapat melaksanakan fungsinya

nasi. 4.7. Struktur molekul protein

Sifat-sifat protein

Protein adalah sebatian amfoterik, menggabungkan sifat asas dan berasid yang ditentukan oleh radikal asid amino. Terdapat protein berasid, asas dan neutral. Keupayaan untuk menderma dan menambah H + ditentukan sifat penimbal protein, salah satu penampan yang paling kuat ialah hemoglobin dalam sel darah merah, yang mengekalkan pH darah pada tahap yang tetap.
Ada tupai larut, Ada tidak larut protein yang berfungsi fungsi mekanikal(fibroin, keratin, kolagen).
Terdapat protein secara kimia aktif(enzim), makan secara kimia tidak aktif.
makan mampan untuk mempengaruhi pelbagai syarat persekitaran luaran dan amat tidak stabil. Faktor luaran(perubahan suhu, komposisi garam persekitaran, pH, sinaran) boleh menyebabkan gangguan organisasi struktur molekul protein.
Proses kehilangan konformasi tiga dimensi yang wujud dalam molekul protein tertentu dipanggil denaturasi. Penyebab denaturasi adalah pemecahan ikatan yang menstabilkan struktur protein tertentu. Pada masa yang sama, denaturasi tidak disertai dengan pemusnahan rantai polipeptida Perubahan dalam konfigurasi spatial membawa kepada perubahan dalam sifat protein dan, sebagai akibatnya, menjadikannya mustahil untuk protein melaksanakan fungsi biologi yang wujud. .
Denaturasi boleh: boleh balik, proses memulihkan struktur protein selepas denaturasi dipanggil renaturasi. Jika pemulihan konfigurasi spatial protein adalah mustahil, maka denaturasi dipanggil tak boleh balik.
Kemusnahan struktur primer molekul protein dipanggil kemerosotan.

nasi. 4.8. Denaturasi dan renaturasi protein

Fungsi protein

Protein melakukan pelbagai fungsi dalam sel.

Protein dengan tertier organisasi struktur, tetapi dalam kebanyakan kes hanya peralihan protein organisasi tertiari kepada struktur kuaternari menyediakan fungsi tertentu.

Fungsi enzimatik

Semua tindak balas biologi dalam sel berlaku dengan penyertaan pemangkin biologi khas - enzim, dan mana-mana enzim adalah protein yang disetempatkan dalam semua organel sel dan bukan sahaja mengarahkan perjalanan pelbagai tindak balas, tetapi juga mempercepatkan mereka berpuluh-puluh dan ratusan ribu; kali. Setiap enzim adalah khusus.

Oleh itu, pecahan kanji dan penukarannya kepada gula (glukosa) disebabkan oleh enzim amilase, gula tebu dipecahkan hanya oleh enzim invertase, dsb.

Banyak enzim telah lama digunakan dalam industri perubatan dan makanan (membakar, membancuh, dll.).

Enzim adalah khusus - ia boleh memangkinkan satu jenis tindak balas - molekul substrat tertentu memasuki pusat aktif.

Oleh kerana hampir semua enzim adalah protein (ada ribozim, RNA yang memangkinkan tindak balas tertentu), aktivitinya paling tinggi apabila secara fisiologi keadaan biasa: kebanyakan enzim berfungsi paling aktif hanya apabila suhu tertentu, pH, kadar bergantung kepada kepekatan enzim dan substrat.

Apabila suhu meningkat kepada nilai tertentu (secara purata sehingga 50°C), aktiviti pemangkin meningkat (untuk setiap 10°C kadar tindak balas meningkat kira-kira 2 kali).

Fungsi struktur

Protein adalah sebahagian daripada semua membran yang mengelilingi dan meresap ke dalam sel dan organel.

Apabila digabungkan dengan DNA, protein membentuk badan kromosom, dan apabila digabungkan dengan RNA, ia membentuk badan ribosom.

Penyelesaian protein berat molekul rendah adalah sebahagian daripada pecahan cecair sel.

Fungsi pengawalseliaan

Sesetengah protein adalah hormon - bahan aktif secara biologi yang dilepaskan ke dalam darah oleh pelbagai kelenjar yang mengambil bahagian dalam peraturan proses metabolik.

Hormon insulin dan glukagon mengawal kadar karbohidrat dalam darah.

Fungsi pengangkutan

Ia adalah protein yang dikaitkan dengan pemindahan oksigen, serta hormon dalam tubuh haiwan dan manusia (ia dijalankan oleh hemoglobin protein darah).

Fungsi motor

Semua jenis tindak balas motor sel diperbuat daripada protein kontraktil khas aktin dan miosin, yang menentukan pengecutan otot, pergerakan flagela dan silia dalam protozoa, pergerakan kromosom semasa pembahagian sel, dan pergerakan tumbuhan.

Fungsi pelindung

Banyak protein membentuk penutup pelindung yang melindungi tubuh daripada pengaruh berbahaya, contohnya, pembentukan horny - rambut, kuku, kuku, tanduk. Ini adalah perlindungan mekanikal. Sebagai tindak balas kepada pengenalan protein asing (antigen) ke dalam badan, sel darah menghasilkan bahan protein (antibodi) yang meneutralkannya, melindungi tubuh daripada kesan merosakkan. Ini adalah pertahanan imunologi.

Fungsi tenaga

Protein boleh berfungsi sebagai sumber tenaga. Memecahkan kepada produk pecahan akhir - karbon dioksida, air dan bahan yang mengandungi nitrogen, mereka membebaskan tenaga yang diperlukan untuk banyak proses hidup dalam sel 17.6 KJ.

Fungsi reseptor

Protein reseptor ialah molekul protein yang dibina ke dalam membran yang boleh mengubah strukturnya sebagai tindak balas kepada penambahan bahan kimia tertentu.

Fungsi penyimpanan

Fungsi ini dilakukan oleh apa yang dipanggil protein simpanan, yang merupakan sumber pemakanan untuk janin, contohnya protein telur (ovalbumin). Protein utama dalam susu (kasein) juga mempunyai fungsi pemakanan yang utama.

Sebilangan protein lain digunakan dalam badan sebagai sumber asid amino, yang seterusnya merupakan prekursor bahan aktif biologi yang mengawal proses metabolik.

Fungsi toksik

Toksin, bahan toksik asal semula jadi. Biasanya, toksin termasuk sebatian molekul tinggi (protein, polipeptida, dll.), Apabila mereka memasuki badan, antibodi dihasilkan.

Mengikut sasaran tindakan, toksin dibahagikan kepada kumpulan berikut:

Racun hematik adalah racun yang menjejaskan darah.

Neurotoksin adalah racun yang mempengaruhi sistem saraf dan otak.

Racun mioksik ialah racun yang merosakkan otot.

Hemotoxin adalah toksin yang merosakkan saluran darah dan menyebabkan pendarahan.

Toksin hemolitik adalah toksin yang merosakkan sel darah merah.

Nefrotoxin adalah toksin yang merosakkan buah pinggang.

Kardiotoksin adalah toksin yang merosakkan jantung.

Necrotoxin ialah toksin yang memusnahkan tisu, menyebabkan mereka mati (nekrosis).

Bahan toksik phallotoxin dan amatoxin terdapat dalam pelbagai spesies: toadstool, agaric fly berbau busuk, spring fly.

Karbohidrat

Karbohidrat, atau sakarida, - bahan organik, yang termasuk karbon, oksigen, hidrogen. Karbohidrat membentuk kira-kira 1% daripada jisim bahan kering dalam sel haiwan, dan sehingga 5% dalam sel hati dan otot. Sel tumbuhan adalah yang paling kaya dengan karbohidrat (sehingga 90% daripada jisim kering).

Komposisi kimia karbohidrat dicirikan oleh formula amnya C m (H 2 O) n, di mana m≥n. Bilangan atom hidrogen dalam molekul karbohidrat biasanya dua kali ganda bilangan atom oksigen (iaitu, sama seperti dalam molekul air). Oleh itu namanya - karbohidrat.

DALAM sel tumbuhan terdapat lebih banyak daripada mereka daripada haiwan. Karbohidrat hanya mengandungi karbon, hidrogen dan oksigen.

Karbohidrat paling ringkas termasuk gula ringkas (monosakarida). Ia mengandungi lima (pentoses) atau enam (heksosa) atom karbon dan bilangan molekul air yang sama.

Contoh monosakarida ialah glukosa dan fruktosa, terdapat dalam banyak buah tumbuhan. Selain tumbuhan, glukosa juga terdapat dalam darah.

Karbohidrat kompleks terdiri daripada beberapa molekul karbohidrat ringkas. Disakarida terbentuk daripada dua monosakarida.

Gula meja (sukrosa), sebagai contoh, terdiri daripada molekul glukosa dan molekul fruktosa.

Ketara bilangan yang lebih besar molekul karbohidrat ringkas termasuk di dalamnya karbohidrat kompleks, seperti kanji, glikogen, serat (selulosa).

Dalam molekul gentian, sebagai contoh, terdapat dari 300 hingga 3000 molekul glukosa.

Fungsi karbohidrat

Fungsi tenaga

salah satu fungsi utama karbohidrat. Karbohidrat (glukosa) adalah sumber tenaga utama dalam tubuh haiwan. Menyediakan sehingga 67% penggunaan tenaga harian (sekurang-kurangnya 50%). Apabila 1 g karbohidrat dipecahkan, 17.6 kJ, air dan karbon dioksida dibebaskan.

Fungsi menyimpan

dinyatakan dalam pengumpulan kanji dalam sel tumbuhan dan glikogen dalam sel haiwan, yang memainkan peranan sumber glukosa, dengan mudah melepaskannya seperti yang diperlukan.

Fungsi sokongan dan pembinaan

Karbohidrat adalah sebahagian daripada membran sel dan dinding sel (selulosa adalah sebahagian daripada dinding sel tumbuhan, cangkerang arthropoda terbentuk daripada kitin, murein membentuk dinding sel bakteria). Bergabung dengan lipid dan protein, mereka membentuk glikolipid dan glikoprotein. Ribosa dan deoksiribosa adalah sebahagian daripada monomer nukleotida.

Fungsi reseptor

Serpihan oligosakarida glikoprotein dan glikolipid dinding sel melaksanakan fungsi reseptor, menerima isyarat yang datang dari persekitaran luaran.

Pelindung fungsi

Lendir yang dirembeskan oleh pelbagai kelenjar kaya dengan karbohidrat dan derivatifnya (contohnya, glikoprotein). Mereka melindungi esofagus, usus, perut, bronkus daripada kerosakan mekanikal, dan menghalang bakteria dan virus daripada memasuki badan.

Lipid

Lipid - kumpulan sebatian organik, yang tidak mempunyai seorang pun ciri kimia. Apa yang mereka mempunyai persamaan ialah mereka semua tidak larut dalam air, tetapi sangat larut dalam pelarut organik (eter, kloroform, petrol).

Terdapat lipid mudah dan kompleks.

Lipid ringkas ialah bahan dua komponen yang merupakan ester asid lemak yang lebih tinggi dan beberapa alkohol, selalunya gliserol.

Lipid kompleks terdiri daripada molekul multikomponen.

daripada lipid mudah pertimbangkan lemak dan lilin.

Lemak diedarkan secara meluas dalam alam semula jadi. Lemak adalah ester asid lemak yang lebih tinggi dan alkohol trihidrik - gliserol. Dalam kimia, kumpulan sebatian organik ini biasanya dipanggil trigliserida, kerana ketiga-tiga kumpulan hidroksil gliserol dikaitkan dengan asid lemak.

Lebih daripada 500 asid lemak telah ditemui dalam trigliserida, yang molekulnya mempunyai struktur yang serupa.

Seperti asid amino, asid lemak mempunyai kumpulan yang sama untuk semua asid - kumpulan karboksil hidrofilik (–COOH) dan radikal hidrofobik, yang membezakannya antara satu sama lain. Oleh itu, formula am asid lemak ialah R-COOH. Radikal ialah ekor hidrokarbon yang berbeza dalam asid lemak yang berbeza dalam bilangan kumpulan –CH 2.

Kebanyakan mengandungi asid lemak dalam "ekor" nombor genap atom karbon, dari 14 hingga 22 (paling kerap 16 atau 18). Selain itu, ekor hidrokarbon mungkin mengandungi bilangan ikatan berganda yang berbeza-beza. Berdasarkan kehadiran atau ketiadaan ikatan berganda dalam ekor hidrokarbon, mereka membezakan asid lemak tepu, yang tidak mengandungi ikatan berganda dalam ekor hidrokarbon dan asid lemak tak tepu yang mempunyai ikatan berganda antara atom karbon (-CH=CH-). Jika asid lemak tepu mendominasi dalam trigliserida, maka ia adalah pepejal apabila suhu bilik(lemak), jika tak tepu – cecair (minyak). Ketumpatan lemak lebih rendah daripada air, jadi di dalam air ia terapung dan berada di permukaan.

lilin– sekumpulan lipid ringkas, iaitu ester asid lemak yang lebih tinggi dan alkohol berat molekul tinggi yang lebih tinggi. Mereka ditemui di kedua-dua kerajaan haiwan dan tumbuhan, di mana mereka melakukan fungsi perlindungan terutamanya.

Dalam tumbuhan, sebagai contoh, mereka menutup daun, batang dan buah dengan lapisan nipis, melindungi mereka daripada membasahi dengan air dan penembusan mikroorganisma. Jangka hayat buah bergantung pada kualiti salutan lilin. Madu disimpan di bawah penutup lilin lebah dan larva berkembang.

Kepada lipid kompleks termasuk fosfolipid, glikolipid, lipoprotein, steroid, hormon steroid, vitamin A, D, E, K.

Fosfolipid– ester alkohol polihidrik dengan asid lemak yang lebih tinggi yang mengandungi sisa asid fosforik. Kadangkala kumpulan tambahan (bes nitrogen, asid amino) mungkin dikaitkan dengannya.

Sebagai peraturan, molekul fosfolipid mengandungi dua residu asid lemak yang lebih tinggi dan satu residu asid fosforik. Fosfolipid terdapat dalam semua sel makhluk hidup, mengambil bahagian terutamanya dalam pembentukan dwilapisan fosfolipid membran sel - sisa asid fosforik adalah hidrofilik dan sentiasa diarahkan ke permukaan luar dan dalam membran, dan ekor hidrofobik diarahkan ke arah satu sama lain di dalam. selaput.

Glikolipid- Ini adalah derivatif karbohidrat lipid. Komposisi molekul mereka, bersama-sama dengan alkohol polihidrik dan asid lemak yang lebih tinggi juga termasuk karbohidrat. Mereka disetempatkan terutamanya pada permukaan luar membran plasma, di mana komponen karbohidratnya termasuk di antara karbohidrat permukaan sel yang lain.

Lipoprotein– molekul lipid yang berkaitan dengan protein. Terdapat banyak daripada mereka dalam membran, protein boleh menembusi membran terus melalui, terletak di bawah atau di atas membran, dan boleh direndam dalam dwilapisan lipid ke kedalaman yang berbeza.

Lipoid- bahan seperti lemak. Ini termasuk steroid(kolesterol, tersebar luas dalam tisu haiwan, dan derivatifnya - hormon korteks adrenal - mineralokortikoid, glukokortikoid, estradiol dan testosteron - hormon seks wanita dan lelaki, masing-masing). Lipoid termasuk terpenes (minyak pati yang bergantung kepada bau tumbuhan), giberelin (bahan pertumbuhan tumbuhan), beberapa pigmen (klorofil, bilirubin), vitamin larut lemak (A, D, E, K).

Fungsi lipid ditunjukkan dalam Jadual 4.1.

Jadual 4.2.

Fungsi lemak

Tenaga	Fungsi utama trigliserida. Apabila 1 g lipid dipecahkan, 38.9 kJ dibebaskan
berstruktur	Fosfolipid, glikolipid dan lipoprotein mengambil bahagian dalam pembentukan membran sel.
Penyimpanan	Lemak dan minyak adalah nutrien simpanan dalam haiwan dan tumbuhan. Penting untuk haiwan yang berhibernasi semasa musim sejuk atau melakukan perjalanan panjang melalui kawasan yang tiada sumber makanan Minyak benih tumbuhan diperlukan untuk membekalkan tenaga kepada anak benih.
Pelindung	Lapisan kapsul lemak dan lemak memberikan kusyen untuk organ dalaman.
Lapisan lilin digunakan sebagai salutan kalis air pada tumbuhan dan haiwan.	Tisu lemak subkutan menghalang pengaliran keluar haba ke ruang sekeliling. Penting untuk mamalia akuatik atau mamalia yang hidup dalam iklim sejuk.
kawal selia	Giberelin mengawal pertumbuhan tumbuhan.
Hormon seks testosteron bertanggungjawab untuk pembangunan ciri-ciri seksual sekunder lelaki.	Hormon seks estrogen bertanggungjawab untuk perkembangan ciri seksual sekunder wanita dan mengawal kitaran haid.
Mineralocorticoids (aldosteron, dll.) mengawal metabolisme garam air.	Glukokortikoid (kortisol, dsb.) mengambil bahagian dalam pengawalan metabolisme karbohidrat dan protein.

Sumber air metabolik

Apabila 1 kg lemak teroksida, 1.1 kg air dibebaskan. Penting bagi penduduk padang pasir.

Pemangkin

Vitamin larut lemak A, D, E, K adalah kofaktor enzim, iaitu, vitamin ini sendiri tidak mempunyai aktiviti pemangkin, tetapi tanpa mereka enzim tidak dapat melaksanakan fungsinya. nasi. 9. Struktur kimia lipid dan karbohidrat Adenosin trifosfat (ATP)

Ia adalah sebahagian daripada mana-mana sel, di mana ia melaksanakan salah satu fungsi yang paling penting - penyimpanan tenaga. Molekul ATP terdiri daripada adenin bes nitrogen, ribosa karbohidrat, dan tiga molekul asid fosforik.

Tak stabil

ikatan kimia, yang menyambungkan molekul asid fosforik dalam ATP, sangat kaya dengan tenaga (ikatan makroergik): apabila ikatan ini dipecahkan, tenaga dilepaskan dan digunakan dalam sel hidup untuk menyokong proses penting dan sintesis bahan organik.

nasi. 4.10. Struktur molekul ATP

4.4. Tugas praktikal

Peranan biologi

unsur kimia dalam organisma hidup 1. Unsur makro dan mikro dalam persekitaran dan badan manusia Peranan biologi unsur kimia dalam tubuh manusia sangat pelbagai.

Terdapat bukti bahawa kandungan beberapa unsur dalam tubuh manusia berubah mengikut usia. Oleh itu, kandungan kadmium dalam buah pinggang dan molibdenum dalam hati meningkat dengan usia tua. Kandungan zink maksimum diperhatikan semasa baligh, kemudian ia berkurangan dan mencapai tahap minimum pada usia tua. Kandungan unsur mikro lain, seperti vanadium dan kromium, juga berkurangan dengan usia.

Banyak penyakit yang berkaitan dengan kekurangan atau pengumpulan berlebihan pelbagai unsur mikro telah dikenal pasti. Kekurangan fluorida menyebabkan karies gigi, kekurangan iodin menyebabkan goiter endemik, dan lebihan molibdenum menyebabkan gout endemik. Corak jenis ini dikaitkan dengan fakta bahawa tubuh manusia mengekalkan keseimbangan kepekatan optimum nutrien- homeostasis kimia. Gangguan keseimbangan ini akibat kekurangan atau lebihan unsur boleh menyebabkan pelbagai penyakit.

Sebagai tambahan kepada enam makroelemen utama - organogen - karbon, hidrogen, nitrogen, oksigen, sulfur dan fosforus, yang membentuk karbohidrat, lemak, protein dan asid nukleik, makroelemen "tak organik" - kalsium, klorin, magnesium, kalium, natrium - dan unsur surih - tembaga, fluorin, iodin, besi, molibdenum, zink, dan juga, mungkin (terbukti untuk haiwan), selenium, arsenik, kromium, nikel, silikon, timah, vanadium.

Kekurangan unsur seperti besi, tembaga, fluorin, zink, iodin, kalsium, fosforus, magnesium dan beberapa yang lain dalam diet membawa kepada akibat yang serius untuk kesihatan manusia.

Walau bagaimanapun, harus diingat bahawa bukan sahaja kekurangan, tetapi juga lebihan nutrien berbahaya kepada tubuh, kerana homeostasis kimia terganggu. Sebagai contoh, apabila lebihan mangan dimakan dengan makanan, tahap tembaga dalam plasma meningkat (sinergisme Mn dan Cu), dan dalam buah pinggang ia berkurangan (antagonis). Peningkatan kandungan molibdenum dalam makanan membawa kepada peningkatan jumlah kuprum dalam hati. Zink berlebihan dalam makanan menyebabkan perencatan aktiviti enzim yang mengandungi besi (antagonis Zn dan Fe).

Komponen mineral, yang penting dalam kuantiti yang boleh diabaikan, menjadi toksik pada kepekatan yang lebih tinggi.

Sebilangan unsur (perak, merkuri, plumbum, kadmium, dll.) dianggap toksik, kerana kemasukannya ke dalam badan walaupun dalam kuantiti mikro membawa kepada fenomena patologi yang teruk. Mekanisme kimia Kesan toksik beberapa unsur surih akan dibincangkan di bawah.

Unsur biogenik digunakan secara meluas dalam pertanian. Menambah sejumlah kecil unsur mikro ke dalam tanah - boron, tembaga, mangan, zink, kobalt, molibdenum - secara mendadak meningkatkan hasil banyak tanaman. Ternyata mikroelemen, dengan meningkatkan aktiviti enzim dalam tumbuhan, menggalakkan sintesis protein, vitamin, asid nukleik, gula dan kanji. Beberapa unsur kimia mempunyai kesan positif terhadap fotosintesis, mempercepat pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan, dan pematangan benih. Unsur mikro ditambah kepada makanan haiwan untuk meningkatkan produktiviti mereka.

Pelbagai unsur dan sebatiannya digunakan secara meluas sebagai ubat.

Oleh itu, mengkaji peranan biologi unsur-unsur kimia, menjelaskan hubungan antara pertukaran unsur-unsur ini dan bahan aktif biologi yang lain - enzim, hormon, vitamin menyumbang kepada penciptaan ubat-ubatan baru dan pembangunan rejimen dos optimum untuk tujuan terapeutik dan profilaksis. .

Asas untuk mengkaji sifat unsur dan, khususnya, peranan biologinya adalah undang-undang berkala DI. Mendeleev. Sifat fizikokimia, dan, akibatnya, peranan fisiologi dan patologi mereka, ditentukan oleh kedudukan unsur-unsur ini dalam jadual berkala DI. Mendeleev.

Sebagai peraturan, dengan peningkatan cas nuklear atom, ketoksikan unsur-unsur kumpulan tertentu meningkat dan kandungannya dalam badan berkurangan. Penurunan kandungan jelas disebabkan oleh fakta bahawa banyak unsur mempunyai tempoh yang panjang disebabkan oleh jejari atom dan ionik yang besar, cas nuklear yang tinggi, kerumitan. konfigurasi elektronik, sebatian keterlarutan rendah kurang diserap oleh organisma hidup. Tubuh mengandungi unsur cahaya dalam kuantiti yang ketara.

Makroelemen termasuk s-elemen tempoh pertama (hidrogen), ketiga (natrium, magnesium) dan keempat (kalium, kalsium), serta unsur-p bagi tempoh kedua (karbon, nitrogen, oksigen) dan ketiga (fosforus, sulfur, klorin) tempoh. Kesemuanya adalah penting. Kebanyakan unsur s- dan p yang tinggal bagi tiga tempoh pertama (Li, B, Al, F) adalah aktif secara fisiologi; Pengecualian ialah unsur-s - kalium, kalsium, iodin. Beberapa unsur s dan p bagi tempoh keempat dan kelima - strontium, arsenik, selenium, bromin - dikelaskan sebagai aktif secara fisiologi.

Antara unsur-d, terutamanya unsur-unsur tempoh keempat adalah penting: mangan, besi, zink, tembaga, kobalt. DALAM kebelakangan ini Telah ditetapkan bahawa peranan fisiologi beberapa unsur-d lain dalam tempoh ini tidak diragui: titanium, kromium, vanadium.

d-Unsur tempoh kelima dan keenam, kecuali molibdenum, tidak menunjukkan aktiviti fisiologi positif yang ketara. Molibdenum adalah sebahagian daripada beberapa enzim redoks (contohnya, xanthine oxide, aldehyde oxidase) dan memainkan peranan penting dalam proses biokimia.

2. Aspek umum ketoksikan logam berat kepada organisma hidup

Kajian menyeluruh tentang masalah yang berkaitan dengan penilaian keadaan persekitaran semula jadi menunjukkan bahawa adalah sangat sukar untuk menarik sempadan yang jelas antara semula jadi dan faktor antropogenik perubahan dalam sistem ekologi. Dekad-dekad yang lalu telah meyakinkan kita tentang perkara ini. bahawa kesan manusia terhadap alam semula jadi bukan sahaja menyebabkan kerosakan langsung dan mudah dikenal pasti kepadanya, tetapi juga menyebabkan beberapa proses baru yang sering tersembunyi yang mengubah atau memusnahkan alam sekitar. Proses semula jadi dan antropogenik dalam biosfera berada dalam hubungan yang kompleks dan saling bergantung. Oleh itu, perjalanan transformasi kimia yang membawa kepada pembentukan bahan toksik dipengaruhi oleh iklim, keadaan tanah, air, udara, tahap radioaktiviti, dll. Dalam keadaan semasa, apabila mengkaji proses pencemaran kimia ekosistem, masalah timbul untuk mencari semula jadi, terutamanya ditentukan faktor semulajadi, tahap kandungan unsur atau sebatian kimia tertentu. Penyelesaian kepada masalah ini hanya boleh dilakukan melalui jangka panjang pemerhatian yang sistematik mengenai keadaan komponen biosfera, mengenai kandungan di dalamnya pelbagai bahan, iaitu berdasarkan pemantauan alam sekitar.

Pencemaran persekitaran logam berat secara langsung berkaitan dengan pemantauan analisis alam sekitar bagi bahan toksik super, kerana kebanyakannya menunjukkan ketoksikan yang tinggi walaupun dalam jumlah surih dan mampu menumpukan perhatian dalam organisma hidup.

Sumber utama pencemaran alam sekitar semula jadi dengan logam berat boleh dibahagikan kepada semula jadi (semula jadi) dan buatan (antropogenik). Sumber semula jadi termasuk letusan gunung berapi, ribut debu, kebakaran hutan dan padang rumput, garam laut yang ditimbulkan oleh angin, tumbuh-tumbuhan, dsb. Sumber pencemaran semula jadi sama ada secara sistematik, seragam, atau bersifat spontan jangka pendek dan, sebagai peraturan, mempunyai sedikit kesan ke atas tahap pencemaran keseluruhan. Yang utama dan paling sumber berbahaya Pencemaran alam semula jadi dengan logam berat adalah antropogenik.

Dalam proses mengkaji kimia logam dan kitaran biokimianya dalam biosfera, peranan dwi yang mereka mainkan dalam fisiologi didedahkan: di satu pihak, kebanyakan logam diperlukan untuk kehidupan biasa; sebaliknya, pada kepekatan tinggi mereka menunjukkan ketoksikan yang tinggi, iaitu, mereka mempunyai pengaruh yang memudaratkan tentang keadaan dan aktiviti organisma hidup. Sempadan antara kepekatan unsur yang diperlukan dan toksik adalah sangat kabur, yang menjadikannya sukar untuk menilai dengan pasti kesannya terhadap alam sekitar. Jumlah di mana sesetengah logam menjadi benar-benar berbahaya bergantung bukan sahaja pada tahap ia mencemarkan ekosistem, tetapi juga pada ciri kimia kitaran biokimia mereka. Dalam jadual 1 menunjukkan siri ketoksikan molar logam bagi jenis yang berbeza organisma hidup.

Jadual 1. Jujukan perwakilan ketoksikan molar logam

Siri Ketoksikan Organisma AlgaНg>Сu>Сd>Fe>Сr>Zn>Со>Мn FungiАg>Нg>Сu>Сd>Сr>Ni>Рb>Со>Zn>FeTumbuhan berbungaHg>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

Bagi setiap jenis organisma, susunan logam dalam baris jadual dari kiri ke kanan mencerminkan peningkatan jumlah molar logam yang diperlukan untuk menghasilkan kesan toksik. Nilai molar minimum merujuk kepada logam yang mempunyai ketoksikan yang paling besar.

V.V. Kowalski, berdasarkan kepentingannya untuk kehidupan, membahagikan unsur kimia kepada tiga kumpulan:

Unsur penting (tidak boleh diganti) sentiasa terkandung dalam badan (sebahagian daripada enzim, hormon dan vitamin): H, O, Ca, N, K, P, Na, S, Mg, Cl, C, I, Mn, Cu, Co, Fe, Mo, V. Kekurangan mereka membawa kepada gangguan fungsi normal manusia dan haiwan.

Jadual 2. Ciri-ciri beberapa metaloenzim - kompleks bioinorganik

Enzim logam Atom pusat Persekitaran ligan Objek kepekatan Tindakan enzim Karbonik anhidrase Zn (II) Sisa asid amino Sel darah merah Memangkinkan penghidratan boleh balik karbon dioksida: CO 2+H 2O↔H 2CO 3↔H ++VAT 3Carbosky peptidase Zn (II) Sisa asid amino Pankreas, hati, usus Pemangkin pencernaan protein, mengambil bahagian dalam hidrolisis ikatan peptida: R 1CO-NH-R 2+H 2O↔R 1-COOH+R 2N.H. 2CatalaseFe (III)Sisa asid amino, histidin, tyrosineDarahMemangkinkan tindak balas penguraian hidrogen peroksida: 2H 2TENTANG 2= 2H 2O + O 2PeroksidaseFe(III)ProteinTisu, darahPengoksidaan substrat (RH 2) hidrogen peroksida: RH 2+H 2O 2= R + 2H 2OksireduktaseCu(II)Sisa asid aminoJantung, hati, buah pinggangMemangkinkan pengoksidaan menggunakan oksigen molekul: 2H 2R+O 2= 2R + 2H 2O Pyruvate carboxylase Mn (II) Protein tisu Hati, kelenjar tiroid Meningkatkan kesan hormon. Memangkinkan proses karboksilasi dengan asid piruvik Aldehid oksidase Mo (VI) Protein tisu Hati Mengambil bahagian dalam pengoksidaan aldehid Ribonucleotide reductase Co (II) Protein tisu Hati Mengambil bahagian dalam biosintesis asid ribonukleik

unsur kekotoran sentiasa terkandung dalam badan: 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. Peranan biologi mereka kurang difahami atau tidak diketahui.
unsur kekotoran yang terdapat dalam badan Sc, Tl, In, La, Pr, Sm, W, Re, Tb, dll. Data tentang kuantiti dan peranan biologi belum dijelaskan.
Jadual menunjukkan ciri-ciri beberapa metaloenzim, yang termasuk logam penting seperti Zn, Fe, Cu, Mn, Mo.
Bergantung kepada tingkah laku mereka dalam sistem hidup, logam boleh dibahagikan kepada 5 jenis:
- unsur yang diperlukan, kekurangan yang menyebabkan gangguan fungsi dalam badan;
- perangsang (kedua-dua logam yang diperlukan dan tidak diperlukan untuk badan boleh bertindak sebagai perangsang);
unsur lengai yang, pada kepekatan tertentu, tidak berbahaya dan tidak mempunyai sebarang kesan pada badan (contohnya, logam lengai yang digunakan sebagai implan pembedahan):
agen terapeutik yang digunakan dalam perubatan;
unsur toksik, pada kepekatan tinggi yang membawa kepada gangguan fungsi yang tidak dapat dipulihkan dan kematian badan.
Bergantung pada kepekatan dan masa sentuhan, logam boleh bertindak dalam salah satu jenis yang ditunjukkan.
Rajah 1 menunjukkan gambar rajah kebergantungan keadaan jasad terhadap kepekatan ion logam. Lengkung pepejal dalam rajah menerangkan tindak balas positif serta-merta, tahap optimum dan peralihan kesan positif kepada negatif selepas nilai kepekatan unsur yang diperlukan melepasi maksimum. Pada kepekatan tinggi, logam yang diperlukan menjadi toksik.
Lengkung bertitik menunjukkan tindak balas biologi kepada logam yang toksik kepada badan dan tidak mempunyai kesan unsur yang diperlukan atau merangsang. Keluk ini datang dengan beberapa kelewatan, yang menunjukkan keupayaan organisma hidup untuk "tidak bertindak balas" kepada jumlah yang kecil bahan toksik(kepekatan ambang).
Rajah menunjukkan unsur-unsur penting menjadi toksik dalam kuantiti yang berlebihan. Badan haiwan dan manusia mengekalkan kepekatan unsur dalam julat optimum melalui satu set proses fisiologi yang dipanggil homeostasis. Kepekatan semua logam penting tanpa pengecualian adalah di bawah kawalan ketat homeostasis.

Rajah 1 Tindak balas biologi bergantung kepada kepekatan logam. ( Kedudukan bersama dua lengkung berbanding skala kepekatan secara bersyarat)
ketoksikan logam keracunan ion
Yang menarik adalah kandungan unsur kimia dalam tubuh manusia. Organ manusia menumpukan pelbagai unsur kimia dengan cara yang berbeza, iaitu makro dan mikroelemen diagihkan secara tidak sekata antara organ dan tisu yang berbeza. Kebanyakan mikroelemen (kandungan dalam badan berada dalam lingkungan 10 -3-10-5%) terkumpul di dalam hati, tulang dan tisu otot. Kain ini adalah depot utama untuk banyak logam.
Unsur mungkin menunjukkan pertalian khusus untuk organ tertentu dan terkandung di dalamnya dalam kepekatan tinggi. Adalah diketahui bahawa zink tertumpu di pankreas, iodin dalam kelenjar tiroid, vanadium, bersama-sama dengan aluminium dan arsenik, terkumpul dalam rambut dan kuku, kadmium, merkuri, molibdenum dalam buah pinggang, timah dalam tisu usus, strontium dalam kelenjar prostat. , tisu tulang, mangan dalam kelenjar pituitari, dsb. Di dalam badan, unsur mikro boleh didapati dalam keadaan terikat dan dalam bentuk bentuk ionik bebas. Telah ditetapkan bahawa aluminium, tembaga dan titanium dalam tisu otak adalah dalam bentuk kompleks dengan protein, manakala mangan dalam bentuk ionik.
Sebagai tindak balas kepada pengambilan kepekatan berlebihan unsur ke dalam badan, organisma hidup dapat mengehadkan atau bahkan menghapuskan kesan toksik yang terhasil kerana kehadiran mekanisme detoksifikasi tertentu. Mekanisme detoksifikasi khusus berhubung dengan ion logam pada masa ini tidak difahami dengan baik. Banyak logam dalam badan boleh ditukar kepada bentuk yang kurang berbahaya dengan cara berikut:
pembentukan kompleks tidak larut dalam saluran usus;
pengangkutan logam dengan darah ke tisu lain, di mana ia boleh digerakkan (seperti Pb+2 dalam tulang);

- penukaran oleh hati dan buah pinggang kepada bentuk yang kurang toksik.

Oleh itu, sebagai tindak balas kepada tindakan ion toksik plumbum, merkuri, kadmium, dll., hati dan buah pinggang manusia meningkatkan sintesis metallothionein - protein dengan berat molekul rendah, di mana kira-kira 1/3 daripada sisa asid amino adalah sistein. . Kandungan tinggi dan susunan khusus kumpulan sulfhydryl SH memberikan kemungkinan pengikatan kuat ion logam.

Mekanisme ketoksikan logam secara amnya terkenal, tetapi sangat sukar untuk mencarinya untuk mana-mana logam tertentu. Salah satu mekanisme ini ialah kepekatan antara logam penting dan toksik kerana kehadiran tapak pengikatan dalam protein, kerana ion logam menstabilkan dan mengaktifkan banyak protein, menjadi sebahagian daripada banyak sistem enzim. Selain itu, banyak makromolekul protein mempunyai kumpulan sulfhidril bebas yang boleh berinteraksi dengan ion logam toksik seperti kadmium, plumbum dan merkuri, mengakibatkan kesan toksik. Walau bagaimanapun, ia belum dapat dipastikan dengan tepat makromolekul mana yang menyebabkan kemudaratan kepada organisma hidup. Manifestasi ketoksikan ion logam dalam organ yang berbeza dan tisu tidak selalu berkaitan dengan tahap pengumpulannya - tidak ada jaminan bahawa kerosakan terbesar berlaku di bahagian badan di mana kepekatan daripada logam ini lebih tinggi. Oleh itu, ion plumbum (II), iaitu lebih daripada 90% daripada jumlah keseluruhan dalam badan yang tidak bergerak dalam tulang, menunjukkan ketoksikan disebabkan oleh 10% yang diagihkan dalam tisu lain badan. Imobilisasi ion plumbum dalam tulang boleh dianggap sebagai proses detoksifikasi.

Ketoksikan ion logam biasanya tidak berkaitan dengan keperluannya untuk badan. Walau bagaimanapun, untuk ketoksikan dan keperluan ada satu ciri umum: sebagai peraturan, terdapat hubungan antara ion logam antara satu sama lain, sama seperti antara ion logam dan bukan logam, dalam sumbangan keseluruhan dalam keberkesanan tindakan mereka. Sebagai contoh, ketoksikan kadmium lebih ketara dalam sistem dengan kekurangan zink, dan ketoksikan plumbum diburukkan lagi oleh kekurangan kalsium. Begitu juga, penjerapan besi daripada makanan sayuran dihalang oleh ligan pengkompleks yang terdapat di dalamnya, dan ion zink yang berlebihan boleh menghalang penjerapan tembaga, dsb.

Menentukan mekanisme ketoksikan ion logam selalunya rumit oleh kewujudan cara yang berbeza penembusan mereka ke dalam organisma hidup. Logam boleh masuk dengan makanan, air, diserap melalui kulit, menembusi melalui penyedutan, dll. Penyerapan dengan habuk adalah laluan utama penembusan di pencemaran industri. Hasil daripada penyedutan, kebanyakan logam mengendap di dalam paru-paru dan kemudian merebak ke organ lain. Tetapi cara paling biasa logam toksik masuk ke dalam badan adalah melalui makanan dan air.

Bibliografi

1. Karapetyants M.Kh., Drakin S.I. Kimia am dan bukan organik. - M.: Kimia, 1993. - 590 p.

Akhmetov N.S. Kimia am dan bukan organik. Buku teks untuk universiti. - M.: Lebih tinggi. sekolah, 2001. - 679 p.

Drozdov D.A., Zlomanov V.P., Mazo G.N., Spiridonov F.M. Kimia tak organik. Dalam 3 jilid. T. Kimia unsur peralihan. / Ed. Yu.D. Tretyakov - M.: Rumah penerbitan. "Akademi", 2004, 368 p.

5. Tamm I.E., Tretyakov Yu.D. Kimia tak organik: Dalam 3 jilid, T.1. Asas fiziko-kimia kimia tak organik. Buku teks untuk pelajar universiti / Ed. Yu.D. Tretyakov. - M.: Rumah penerbitan. "Akademi", 2004, 240 p.

Korzhukov N.G. Kimia am dan bukan organik. Buku teks Faedah. /Ed. V.I. Delyana-M.: Rumah penerbitan. MISIS: INFRA-M, 2004, 512 hlm.

Ershov Yu.A., Popkov V.A., Berlyand A.S., Knizhnik A.Z. Kimia am. Kimia biofizikal. Kimia unsur biogenik. Buku teks untuk universiti. /Ed. Yu.A. Ershova. 3rd ed., - M.: Integral-Press, 2007. - 728 p.

Glinka N.L. Kimia am. Tutorial untuk universiti. Ed. 30 dibetulkan./ Ed. A.I. Ermakova. - M.: Integral-Press, 2007, - 728 p.

Chernykh, M.M. Ovcharenko. Logam berat dan radionuklid dalam biogeocinoses. - M.: Agroconsult, 2004.

N.V. Gusakova. Kimia alam sekitar. - Rostov-on-Don, Phoenix, 2004.

Baletskaya L.G. Kimia tak organik. - Rostov-on-Don, Phoenix, 2005.

M. Henze, P. Armoes, J. Lyakuriansen, E. Arvan. Rawatan air sisa. - M.: Mir, 2006.

Korovin N.V. Kimia am. - M.: Lebih tinggi. sekolah, 1998. - 558 p.

Petrova V.V. dan lain-lain Kajian semula sifat unsur kimia dan sebatiannya. Buku teks untuk kursus Kimia dalam Mikroelektronik. - M.: Rumah Penerbitan MIET, 1993. - 108 hlm.

Kharin A.N., Kataeva N.A., Kharina L.T. Kursus Kimia. - M.: Lebih tinggi. sekolah, 1983. - 511 p.

sel

Dari sudut konsep sistem hidup menurut A. Lehninger.

Sel hidup ialah sistem isoterma yang mampu mengawal kendiri dan membiak sendiri molekul organik, mengekstrak tenaga dan sumber daripada alam sekitar.

Terdapat kebocoran dalam sel bilangan yang besar tindak balas berturut-turut, yang kelajuannya dikawal oleh sel itu sendiri.

Sel mengekalkan dirinya dalam keadaan dinamik pegun, jauh daripada keseimbangan dengan persekitaran.

Sel berfungsi berdasarkan prinsip penggunaan komponen dan proses yang minimum.

Itu. Sel ialah sistem terbuka hidup asas yang mampu kewujudan bebas, pembiakan dan pembangunan. Ia adalah unit struktur dan fungsi asas semua organisma hidup.

Komposisi kimia sel.

Daripada 110 unsur jadual berkala Mendeleev, 86 didapati sentiasa ada dalam tubuh manusia.

25 daripadanya diperlukan untuk kehidupan normal, 18 daripadanya sangat diperlukan, dan 7 adalah berguna. Selaras dengan peratusan kandungan dalam sel, unsur kimia dibahagikan kepada tiga kumpulan:

Unsur Makro Unsur utama (organogen) ialah hidrogen, karbon, oksigen, nitrogen. Kepekatan mereka: 98 - 99.9%. Mereka adalah komponen universal sebatian sel organik.

Unsur mikro - natrium, magnesium, fosforus, sulfur, klorin, kalium, kalsium, besi. Kepekatan mereka ialah 0.1%.

Ultramikroelemen - boron, silikon, vanadium, mangan, kobalt, kuprum, zink, molibdenum, selenium, iodin, bromin, fluorin. Mereka menjejaskan metabolisme. Ketiadaan mereka adalah punca penyakit (zink - diabetes mellitus, iodin - goiter endemik, besi - anemia yang merosakkan, dll.).

Perubatan moden mengetahui fakta tentang interaksi negatif antara vitamin dan mineral: Zink mengurangkan penyerapan kuprum dan bersaing dengan besi dan kalsium untuk penyerapan; (dan kekurangan zink menyebabkan kelemahan sistem imun

, beberapa keadaan patologi kelenjar endokrin).

Kalsium dan besi mengurangkan penyerapan mangan;

Vitamin E tidak bergabung dengan baik dengan zat besi, dan vitamin C tidak bergabung dengan vitamin B.

Interaksi positif:

Vitamin E dan selenium, serta kalsium dan vitamin K, bertindak secara sinergi;

Vitamin D diperlukan untuk penyerapan kalsium;

Kuprum menggalakkan penyerapan dan meningkatkan kecekapan penggunaan besi dalam badan.

Komponen tak organik sel. air - yang paling penting komponen sel, medium penyebaran sejagat bahan hidup. Sel aktif organisma darat terdiri daripada 60–95% air. Dalam sel dan tisu rehat (biji, spora) terdapat 10 - 20% air. Air dalam sel adalah dalam dua bentuk - bebas dan terikat kepada koloid selular. Air bebas ialah medium pelarut dan penyebaran sistem koloid protoplasma. Ia 95%. Air terikat

Sifat-sifat air:

Air adalah pelarut semula jadi untuk ion mineral dan bahan lain.

air – fasa penyebaran sistem koloid protoplasma.

Air adalah medium untuk tindak balas metabolisme sel, kerana proses fisiologi berlaku dalam persekitaran akuatik secara eksklusif. Memberi tindak balas hidrolisis, penghidratan, bengkak.

Mengambil bahagian dalam banyak tindak balas enzimatik sel dan terbentuk semasa metabolisme.

Air merupakan sumber ion hidrogen semasa fotosintesis dalam tumbuhan.

Kepentingan biologi air:

Kebanyakan tindak balas biokimia berlaku hanya dalam larutan akueus, banyak bahan masuk dan keluar sel dalam bentuk terlarut. Ini mencirikan fungsi pengangkutan air.

Air memberikan tindak balas hidrolisis - pecahan protein, lemak, karbohidrat di bawah pengaruh air.

Oleh kerana haba penyejatan yang tinggi, badan disejukkan. Contohnya, berpeluh pada manusia atau transpirasi dalam tumbuhan.

Kapasiti haba yang tinggi dan kekonduksian haba air menyumbang kepada pengedaran seragam kehangatan dalam sangkar.

Disebabkan oleh daya lekatan (air - tanah) dan kohesi (air - air), air mempunyai sifat kapilari.

Ketakmampatan air menentukan keadaan tekanan dinding sel (turgor) dan rangka hidrostatik dalam cacing gelang.

Hari ini, banyak unsur kimia jadual berkala telah ditemui dan diasingkan dalam bentuk tulennya, dan satu perlima daripadanya ditemui dalam setiap organisma hidup. Mereka, seperti batu bata, adalah komponen utama organik dan bahan bukan organik.

Unsur kimia apa yang termasuk dalam komposisi sel, mengikut biologi bahan apa yang boleh dinilai kehadirannya di dalam badan - kami akan mempertimbangkan semua ini kemudian dalam artikel.

Apakah ketekalan komposisi kimia?

Untuk mengekalkan kestabilan dalam badan, setiap sel mesti mengekalkan kepekatan setiap komponennya pada tahap yang tetap. Tahap ini ditentukan oleh spesies, habitat, dan faktor persekitaran.

Untuk menjawab soalan tentang unsur kimia apa yang termasuk dalam komposisi sel, adalah perlu untuk memahami dengan jelas bahawa mana-mana bahan mengandungi mana-mana komponen jadual berkala.

Kadang-kadang kita bercakap tentang perseratus dan perseribu peratus kandungan unsur tertentu dalam sel, tetapi perubahan dalam nombor ini walaupun seperseribu sudah boleh membawa akibat yang serius kepada badan.

Daripada 118 unsur kimia dalam sel manusia, mesti ada sekurang-kurangnya 24. Tiada komponen yang akan ditemui dalam organisma hidup, tetapi bukan sebahagian daripada objek tidak bernyawa. Fakta ini mengesahkan hubungan rapat antara hidupan dan bukan hidup dalam ekosistem.

Peranan pelbagai unsur yang membentuk sel

Jadi apakah unsur kimia yang membentuk sel? Peranan mereka dalam kehidupan badan, perlu diperhatikan, secara langsung bergantung kepada kekerapan kejadian dan kepekatan mereka dalam sitoplasma. Walau bagaimanapun, walaupun kandungan yang berbeza elemen dalam sel, kepentingan setiap daripada mereka dalam sama-sama tinggi. Kekurangan mana-mana daripadanya boleh membawa kepada kesan buruk pada badan, melumpuhkan tindak balas biokimia yang paling penting daripada metabolisme.

Apabila menyenaraikan unsur kimia yang membentuk sel manusia, kita perlu menyebut tiga jenis utama, yang akan kita pertimbangkan lebih lanjut:

Unsur biogenik asas sel

Tidak menghairankan bahawa unsur O, C, H, N dikelaskan sebagai biogenik, kerana ia membentuk semua bahan organik dan banyak bahan bukan organik. Adalah mustahil untuk membayangkan protein, lemak, karbohidrat atau asid nukleik tanpa komponen penting untuk badan ini.

Fungsi unsur-unsur ini menentukan kandungan tinggi mereka dalam badan. Bersama-sama mereka menyumbang 98% daripada jumlah jisim badan kering. Apakah lagi aktiviti enzim ini boleh dimanifestasikan?

Oksigen. Kandungannya dalam sel adalah kira-kira 62% daripada jumlah jisim kering. Fungsi: pembinaan bahan organik dan bukan organik, penyertaan dalam rantai pernafasan;
Karbon. Kandungannya mencecah 20%. Fungsi utama: termasuk dalam semua ;
Hidrogen. Kepekatannya mengambil nilai 10%. Sebagai tambahan kepada fakta bahawa unsur ini adalah komponen bahan organik dan air, ia juga mengambil bahagian dalam transformasi tenaga;
Nitrogen. Jumlahnya tidak melebihi 3-5%. Peranan utamanya ialah pembentukan asid amino, asid nukleik, ATP, banyak vitamin, hemoglobin, hemocyanin, klorofil.

Ini adalah unsur kimia yang membentuk sel dan membentuk kebanyakan bahan yang diperlukan untuk kehidupan normal.

Kepentingan Makronutrien

Makronutrien juga akan membantu memberitahu anda unsur kimia yang terkandung dalam sel. Dari kursus biologi menjadi jelas bahawa, sebagai tambahan kepada yang utama, 2% daripada jisim kering terdiri daripada komponen lain. jadual berkala. Dan makroelemen termasuk yang kandungannya tidak lebih rendah daripada 0.01%. Fungsi utama mereka dibentangkan dalam bentuk jadual.


Kalsium (Ca)		Bertanggungjawab untuk pengecutan gentian otot, adalah sebahagian daripada pektin, tulang dan gigi. Meningkatkan pembekuan darah.
Fosforus (P)		Ia adalah sebahagian daripada sumber tenaga yang paling penting - ATP.
		Mengambil bahagian dalam pembentukan jambatan disulfida semasa lipatan protein menjadi struktur tertier. Sebahagian daripada sistein dan metionin, beberapa vitamin.
		Ion kalium terlibat dalam sel dan juga mempengaruhi potensi membran.
		Anion utama badan
Natrium (Na)		Analog kalium, mengambil bahagian dalam proses yang sama.
Magnesium (Mg)		Ion magnesium adalah pengawal selia proses Di tengah-tengah molekul klorofil terdapat juga atom magnesium.
		Mengambil bahagian dalam pengangkutan elektron melalui ETC pernafasan dan fotosintesis, adalah pautan struktur dalam mioglobin, hemoglobin dan banyak enzim.

Kami berharap daripada perkara di atas tidak sukar untuk menentukan unsur kimia mana yang merupakan sebahagian daripada sel dan tergolong dalam makroelemen.

Unsur mikro

Terdapat juga komponen sel yang tanpanya badan tidak dapat berfungsi secara normal, tetapi kandungannya sentiasa kurang daripada 0.01%. Mari kita tentukan unsur kimia yang merupakan sebahagian daripada sel dan tergolong dalam kumpulan unsur mikro.


		Ia adalah sebahagian daripada enzim DNA dan RNA polimerase, serta banyak hormon (contohnya, insulin).
		Mengambil bahagian dalam proses fotosintesis, sintesis hemocyanin dan beberapa enzim.
		Merupakan komponen struktur hormon T3 dan T4 kelenjar tiroid
Mangan (Mn)	kurang daripada 0.001	Sebahagian daripada enzim dan tulang. Mengambil bahagian dalam penetapan nitrogen dalam bakteria
	kurang daripada 0.001	Mempengaruhi proses pertumbuhan tumbuhan.
		Sebahagian daripada tulang dan enamel gigi.

Bahan organik dan bukan organik

Sebagai tambahan kepada yang disenaraikan, apakah unsur kimia lain yang termasuk dalam komposisi sel? Jawapannya boleh didapati dengan hanya mengkaji struktur kebanyakan bahan dalam badan. Di antara mereka, molekul asal organik dan bukan organik dibezakan, dan setiap kumpulan ini mengandungi set unsur tetap.

Kelas utama bahan organik ialah protein, asid nukleik, lemak dan karbohidrat. Ia dibina sepenuhnya daripada unsur biogenik asas: rangka molekul sentiasa dibentuk oleh karbon, dan hidrogen, oksigen dan nitrogen adalah sebahagian daripada radikal. Pada haiwan, kelas dominan adalah protein, dan pada tumbuhan, polisakarida.

Bahan bukan organik semuanya adalah garam mineral dan, sudah tentu, air. Di antara semua anorganik dalam sel, yang paling banyak ialah H 2 O, di mana bahan yang tinggal dibubarkan.

Semua perkara di atas akan membantu anda menentukan unsur kimia yang merupakan sebahagian daripada sel, dan fungsinya dalam badan tidak lagi menjadi misteri kepada anda.

Peranan biologi unsur kimia dalam tubuh manusia sangat pelbagai.

Fungsi utama makroelemen adalah untuk membina tisu, mengekalkan tekanan osmotik yang berterusan, komposisi ionik dan asid-bes.

Unsur mikro, sebagai sebahagian daripada enzim, hormon, vitamin, bahan aktif secara biologi sebagai agen pengkompleks atau pengaktif, terlibat dalam metabolisme, proses pembiakan, pernafasan tisu, dan peneutralan bahan toksik. Unsur mikro secara aktif mempengaruhi proses hematopoiesis, pengoksidaan - pengurangan, kebolehtelapan saluran darah dan tisu. Unsur makro dan mikro - kalsium, fosforus, fluorin, iodin, aluminium, silikon - menentukan pembentukan tisu tulang dan gigi.

Banyak penyakit yang berkaitan dengan kekurangan atau pengumpulan berlebihan pelbagai unsur mikro telah dikenal pasti. Kekurangan fluorida menyebabkan karies gigi, kekurangan iodin menyebabkan goiter endemik, dan lebihan molibdenum menyebabkan gout endemik. Corak jenis ini dikaitkan dengan fakta bahawa tubuh manusia mengekalkan keseimbangan kepekatan optimum unsur biogenik - homeostasis kimia. Pelanggaran baki ini diikuti oleh

Kekurangan atau lebihan unsur boleh menyebabkan pelbagai penyakit

Sebagai tambahan kepada enam makroelemen utama - organogen - karbon, hidrogen, nitrogen, oksigen, sulfur dan fosforus, yang membentuk karbohidrat, lemak, protein dan asid nukleik, makroelemen "tak organik" diperlukan untuk pemakanan normal manusia dan haiwan - kalsium, klorin, magnesium, kalium , natrium - dan unsur surih - tembaga, fluorin, iodin, besi, molibdenum, zink, dan juga, mungkin (terbukti untuk haiwan), selenium, arsenik, kromium, nikel, silikon, timah, vanadium.

Kekurangan unsur seperti besi, tembaga, fluorin, zink, iodin, kalsium, fosforus, magnesium dan beberapa yang lain dalam diet membawa kepada akibat yang serius untuk kesihatan manusia.

Komponen mineral, yang penting dalam kuantiti yang boleh diabaikan, menjadi toksik pada kepekatan yang lebih tinggi.

Keperluan penting, kekurangan, ketoksikan unsur kimia dibentangkan dalam bentuk lengkung pergantungan “Kepekatan unsur dalam produk makanan- tindak balas badan” (Rajah 5.5). Bahagian kira-kira mendatar lengkung (dataran tinggi) menerangkan kawasan kepekatan yang sepadan dengan pertumbuhan, kesihatan, dan pembiakan optimum. Tahap besar dataran tinggi menunjukkan bukan sahaja ketoksikan rendah unsur, tetapi juga keupayaan organisma yang lebih besar untuk menyesuaikan diri dengan perubahan ketara dalam kandungan unsur ini. Sebaliknya, dataran yang sempit menunjukkan ketoksikan unsur yang ketara dan peralihan tajam daripada kuantiti yang diperlukan untuk badan kepada yang mengancam nyawa. Apabila anda melampaui dataran tinggi (meningkatkan kepekatan unsur mikro), semua unsur menjadi toksik. Akhirnya, peningkatan ketara dalam kepekatan unsur surih boleh menyebabkan kematian.

Sebilangan unsur (perak, merkuri, plumbum, kadmium, dll.) dikira

Mereka adalah toksik, kerana kemasukan mereka ke dalam badan walaupun dalam kuantiti mikro membawa kepada fenomena patologi yang teruk. Mekanisme kimia kesan toksik beberapa unsur surih akan dibincangkan di bawah.

Pelbagai unsur dan sebatiannya digunakan secara meluas sebagai ubat.

Oleh itu, mengkaji peranan biologi unsur kimia, menjelaskan hubungan antara metabolisme unsur-unsur ini dan bahan aktif biologi yang lain - enzim, hormon, vitamin - menyumbang kepada penciptaan ubat-ubatan baru dan pembangunan rejimen dos optimum untuk kedua-dua terapeutik dan profilaksis. tujuan.