Iga teadus on täis mõisteid ja kui neid mõisteid ei valdata või kaudseid teemasid võib olla väga raske õppida. Üks mõiste, millest peaks hästi aru saama iga inimene, kes peab end rohkem või vähem harituks, on materjalide jagamine orgaanilisteks ja anorgaanilisteks. Pole tähtis, kui vana inimene on, need mõisted on nende loendis, mille abil nad määravad igal etapil üldise arengutaseme inimelu. Nende kahe termini erinevuste mõistmiseks peate kõigepealt välja selgitama, mis neist on.

Orgaanilised ühendid – mis need on?

Orgaaniline aine– heterogeense struktuuriga keemiliste ühendite rühm, mille hulka kuuluvad süsinikelemendid, mis on omavahel kovalentselt seotud. Erandiks on karbiidid, kivisüsi, karboksüülhapped. Lisaks süsinikule on üheks koostisaineks ka vesiniku, hapniku, lämmastiku, väävli, fosfori ja halogeeni elemendid.

Sellised ühendid tekivad tänu süsinikuaatomite võimele moodustada üksik-, kaksik- ja kolmiksidemeid.

Elupaik orgaanilised ühendid on elusolendid. Need võivad olla kas osa elusolenditest või ilmneda nende elutähtsate tegevuste (piim, suhkur) tulemusena.

Orgaaniliste ainete sünteesi saadused on toit, ravimid, riideesemed, ehitusmaterjalid, mitmesugused seadmed, lõhkeained, erinevat tüüpi mineraalväetised, polümeerid, toidulisandid, kosmeetika ja palju muud.

Anorgaanilised ained - mis need on?

Anorgaanilised ained on keemiliste ühendite rühm, mis ei sisalda elemente süsinik, vesinik ega keemilisi ühendeid, mille koostisosaks on süsinik. Nii orgaanilised kui anorgaanilised on rakkude komponendid. Esimesed eluandvate elementide, teised vee, mineraalide ja hapete, aga ka gaaside koostises.

Mis on ühist orgaanilistel ja anorgaanilistel ainetel?

Mis võiks olla ühist kahe pealtnäha vastandliku mõiste vahel? Selgub, et neil on midagi ühist, nimelt:

1. Nii orgaanilise kui anorgaanilise päritoluga ained koosnevad molekulidest.
2. Teatud keemilise reaktsiooni tulemusena võib saada orgaanilisi ja anorgaanilisi aineid.

Orgaanilised ja anorgaanilised ained - mis vahe on

1. Orgaanilised on rohkem tuntud ja teaduslikult uuritud.
2. Orgaanilisi aineid on maailmas palju rohkem. Teadusele teadaolevalt on orgaanilisi umbes miljon, anorgaanilisi sadu tuhandeid.
3. Enamik orgaanilisi ühendeid on omavahel seotud, kasutades ühendi kovalentset olemust. Anorgaanilisi ühendeid saab omavahel siduda ioonse ühendi abil.
4. Samuti on erinevus sissetulevate elementide koostises. Orgaanilised ained koosnevad süsinikust, vesinikust, hapnikust ning harvemini lämmastiku-, fosfori-, väävli- ja halogeenelementidest. Anorgaaniline - koosneb perioodilisuse tabeli kõigist elementidest, välja arvatud süsinik ja vesinik.
5. Orgaanilised ained on palju vastuvõtlikumad kuumade temperatuuride mõjule ja võivad hävida isegi madalatel temperatuuridel. Enamik anorgaanilisi on molekulaarse ühendi tüübi tõttu äärmusliku kuumuse mõjudele vähem vastuvõtlikud.
6. Orgaanilised ained on maailma elava osa (biosfääri) koostisosad, anorgaanilised ained on mitteelusad osad (hüdrosfäär, litosfäär ja atmosfäär).
7. Orgaaniliste ainete koostis on struktuurilt keerulisem kui anorgaaniliste ainete koostis.
8. Orgaanilised ained eristuvad mitmesuguste keemiliste transformatsioonide ja reaktsioonide võimaluste poolest.
9. Sest kovalentne tüüp seosed orgaaniliste ühendite ja keemiliste reaktsioonide vahel kestavad veidi kauem kui keemilised reaktsioonid anorgaanilistes ühendites.
10. Anorgaanilised ained ei saa olla elusolendite toidusaadus, pealegi võivad mõned seda tüüpi kombinatsioonid olla elusorganismidele surmavad. Orgaanilised ained on eluslooduse toodetud saadus, samuti elusorganismide struktuuri element.

Kogu meie maailm: taimed, loomamaailm, kõik meid ümbritsev koosneb samadest mikroelementidest, mida leidub erinevas kontsentratsioonis kõiges ja loomulikult ka meie toidus.

Iga element mõjutab meie tervist. Elementide sisaldus toiduainetes on väga erinev. Stabiilsem ja püsiv väärtus on elementide sisaldus terve inimese kehas, kuigi sellel võib olla ka varieeruvust (muutlikkust).

Inimorganismi jaoks on kindlalt välja kujunenud umbes 30 keemilise elemendi roll, ilma milleta see normaalselt eksisteerida ei saa. Neid elemente nimetatakse elutähtsateks. Lisaks neile on elemente, mis väikestes kogustes ei mõjuta keha toimimist, kuid teatud tasemel on mürgid.

Makrotoitained- sisaldus kehas üle ühe grammi: fosfor, kaalium, väävel, naatrium, kloor, magneesium, raud, fluor, tsink, räni, tsirkoonium - 11 elementi.

Mikroelemendid- sisaldus organismis üle ühe milligrammi: rubiidium, strontsium, broom, plii, nioobium, vask, alumiinium, kaadmium, baarium, boor (kümme mikroelementi), telluur, vanaadium, arseen, tina, seleen, titaan, elavhõbe, mangaan, jood, nikkel, kuld, molübdeen, antimon, kroom, ütrium, koobalt, tseesium, germaanium - 28 elementi. Iga element mõjutab meie tervist. Elementide sisaldus toiduainetes on väga varieeruv. Stabiilsem ja püsivam väärtus on elementide sisaldus terve inimese kehas, kuigi sellel võib olla ka varieeruvust (muutlikkust).

Mõnede teadlaste oletused ulatuvad kaugemale. Nad usuvad, et elusorganismis ei esine mitte ainult kõiki keemilisi elemente, vaid igaüks neist täidab teatud bioloogilist funktsiooni. On täiesti võimalik, et see hüpotees ei saa kinnitust. Sellesuunaliste uuringute arenedes ilmneb aga üha suurema hulga keemiliste elementide bioloogiline roll.

Inimkeha koosneb 60% veest, 34% orgaanilisest ainest ja 6% anorgaanilisest ainest. Orgaaniliste ainete põhikomponendid on süsinik, vesinik, hapnik, nende hulka kuuluvad ka lämmastik, fosfor ja väävel. Inimkeha anorgaanilised ained sisaldavad tingimata 22 keemilist elementi: Ca, P, O, Na, Mg, S, B, Cl, K, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cr, Si, I,F,Se.

Näiteks kui inimene kaalub 70 kg, siis sisaldab see (grammides): kaltsiumi - 1700, kaaliumi - 250, naatriumi - 70, magneesiumi - 42, rauda - 5, tsinki - 3.

Teadlased on kokku leppinud, et kui elemendi massiosa kehas ületab 10-2%, siis tuleb seda pidada makroelemendiks. Mikroelementide osakaal organismis on 10-3-10-5%.

Seal on suur hulk keemilisi elemente, eriti raskeid, mis on elusorganismidele mürgid – neil on kahjulik bioloogiline mõju. Nende elementide hulka kuuluvad: Ba, Ni, Pd, Pt, Au, Ag, Hg, Cd, Tl, Pb, As, Sb, Se.

On elemente, mis on suhteliselt suurtes kogustes mürgised, kuid väikeses kontsentratsioonis avaldavad kasulikku mõju. Näiteks arseen, tugev mürk, mis häirib südame-veresoonkonna tööd ning mõjutab neerude ja maksa tööd, on kasulik väikestes annustes, arstid määravad seda söögiisu parandamiseks. Hapnik, mida inimene vajab hingamiseks, suures kontsentratsioonis (eriti rõhu all) mõjub mürgiselt. Lisandite hulgas on ka neid, millel on väikestes annustes tõhusad raviomadused. Nii märgati hõbeda ja selle soolade bakteritsiidset (erinevate bakterite surma põhjustavat) omadust juba ammu. Näiteks meditsiinis kasutatakse kolloidhõbeda (kollargooli) lahust mädaste haavade, põie pesemiseks, kroonilise põiepõletiku ja uretriidi korral, samuti silmatilkade kujul mädase konjunktiviidi ja blennorröa korral. Hõbenitraatpliiatseid kasutatakse tüügaste ja graanulite kauteriseerimiseks. Lahjendatud lahustes (0,1-0,25%) kasutatakse hõbenitraati kokkutõmbava ja antimikroobse ainena losjoonides ning ka silmatilkades. Teadlased usuvad, et hõbenitraadi kauteriseeriv toime on seotud selle koostoimega koevalkudega, mis viib hõbeda valgusoolade - albuminaatide - moodustumiseni. Hõbedat ei ole veel klassifitseeritud elutähtsaks elemendiks, kuid selle suurenenud sisaldus inimese ajus, sisesekretsiooninäärmetes ja maksas on juba eksperimentaalselt kindlaks tehtud. Hõbe satub organismi taimse toidu, näiteks kurgi ja kapsa kaudu.

Väga huvitav küsimus on elusorganismide funktsioneerimiseks kasutatavate keemiliste elementide looduse valiku põhimõtete kohta. Pole kahtlust, et nende levimus ei ole määrav tegur. Terve keha ise suudab reguleerida üksikute elementide sisaldust. Kui loomad on valikuvõimalused (toit ja vesi), saavad nad sellesse regulatsiooni instinktiivselt kaasa aidata. Taimede võimalused selles protsessis on piiratud.

Raku orgaanilised ained. Peamised elutähtsad ühendid on valgud, rasvad ja süsivesikud. Biopolümeerid.

Orgaanilised ühendid moodustavad elusorganismi rakumassist keskmiselt 20-30%. Nende hulka kuuluvad bioloogilised polümeerid, valgud, süsivesikud, lipiidid, hormoonid, nukleiinhapped ja vitamiinid.

Bioloogilised polümeerid– orgaanilised ühendid, mis moodustavad elusorganismide rakud. Polümeer - mitmelüliline kett lihtsad ained– monomeerid (n ÷ 10 tuhat – 100 tuhat monomeeri.

Biopolümeeride omadused sõltuvad nende molekulide struktuurist, monomeeriühikute arvust ja mitmekesisusest. Kui monomeerid on erinevad, siis nende korduv vaheldumine ahelas loob tavalise polümeeri.

…A – A – B – A – A – B... tavaline

…A – A – B – B – A – B – A... ebakorrapärane

Süsivesikud

Üldvalem Сn(H20)m

Süsivesikud täidavad inimkehas energiaainete rolli. Neist olulisemad on sahharoos, glükoos, fruktoos ja tärklis. Need imenduvad organismis kiiresti ("põlevad"). Erandiks on kiudained (tselluloos), mida on eriti rohkelt taimses toidus. See praktiliselt ei imendu kehas, kuid on suur väärtus: toimib ballastina ja soodustab seedimist, puhastades mehaaniliselt mao ja soolte limaskesta. Palju süsivesikuid on kartulis ja köögiviljas, teraviljas, pastas, puuviljades ja leivas.

Näide: glükoos, riboos, fruktoos, desoksüriboos – monosahhariidid. sahharoos - disahhariidid. Tärklis, glükogeen, tselluloos - polüsahhariidid

Looduses olemine: taimedes, puuviljades, õietolmudes, köögiviljades (küüslauk, peet), kartul, riis, mais, nisu tera, puit...

Nende funktsioonid:

1) energia: CO2-ks ja H2O-ks oksüdeerumisel eraldub energiat; üleliigne energia salvestatakse maksa- ja lihasrakkudesse glükogeeni kujul;

2) ehitus: taimerakus - tugev rakuseinte alus (tselluloos);

3) struktuursed: nad on osa naha ja kõhre kõõluste rakkudevahelisest ainest;

4) äratundmine teiste rakkude poolt: rakumembraanide osana, kui eraldatud maksarakud segatakse neerurakkudega, eralduvad nad sama tüüpi rakkude interaktsiooni tõttu iseseisvalt kahte rühma.

Lipiidid (lipoidid, rasvad)

Lipiidide hulka kuuluvad erinevad rasvad, rasvataolised ained, fosfolipiidid... Kõik need on vees lahustumatud, kuid lahustuvad kloroformis, eetris...

Looduses olemine: looma ja inimese rakkudes rakumembraanis; rakkude vahel on nahaalune rasvakiht.

Funktsioonid:

1) soojusisolatsioon (vaaladel, loivalistel...);

2) varutoiteaine;

3) energia: energia vabaneb rasvade hüdrolüüsi käigus;

4) struktuurne: mõned lipiidid toimivad rakumembraanide lahutamatu osana.

Rasvad toimivad ka inimkeha energiaallikana. Keha talletab need "varuks" ja need toimivad pikaajalise energiaallikana. Lisaks on rasvadel madal soojusjuhtivus ja need kaitsevad keha alajahtumise eest. Pole üllatav, et põhjapoolsete rahvaste traditsiooniline toit sisaldab nii palju loomset rasva. Raske füüsilise tööga inimestel on ka kõige lihtsam (kuigi mitte alati tervislikum) kulutatud energiat rasvase toiduga kompenseerida. Rasvad on osa rakuseintest, intratsellulaarsetest moodustistest ja närvikoest. Rasvade teine ​​ülesanne on varustada kehakudesid rasvlahustuvate vitamiinide ja muude bioloogiliselt aktiivsete ainetega.

Oravad

Joonis – valgu molekul

Oravad– biopolümeerid, mille monomeerideks on aminohapped.

Lineaarsete valgumolekulide moodustumine toimub aminohapete omavaheliste reaktsioonide tulemusena.

Valkude allikateks võivad olla mitte ainult loomsed saadused (liha, kala, muna, kodujuust), vaid ka taimsed saadused, näiteks kaunviljad (oad, herned, sojaoad, maapähklid, mis sisaldavad kuni 22–23 massiprotsenti valke). , pähklid ja seened . Kõige rohkem valke on aga juustust (kuni 25%), lihatoodetest (sealiha 8–15%, lambalihast 16–17%, veiselihast 16–20%), linnulihas (21%), kalas (13–21%). , munad (13%), kodujuust (14%). Piim sisaldab 3% valku ja leib 7–8%. Teraviljadest on valkude osas tšempion tatar (kuivas teraviljas 13% valkudest), mistõttu soovitatakse seda dieettoiduks. "Liigsete" vältimiseks ja samal ajal keha normaalse toimimise tagamiseks on vaja ennekõike anda inimesele koos toiduga täielik komplekt valke. Kui toidus ei ole piisavalt valku, tunneb täiskasvanu jõu kaotust, tema töövõime langeb, organism on vähem vastupidav infektsioonidele ja külmetushaigustele. Mis puutub lastesse, siis kui neil on ebapiisav valguline toitumine, on nad arengus kõvasti maha jäänud: lapsed kasvavad ja valgud on looduse peamine “ehitusmaterjal”. Iga elusorganismi rakk sisaldab valke. Inimese lihased, nahk, juuksed ja küüned koosnevad peamiselt valkudest. Pealegi on valgud elu alus, nad osalevad ainevahetuses ja tagavad elusorganismide paljunemise.

Struktuur:

esmane struktuur– lineaarne, vahelduvate aminohapetega;

teisejärguline– keerdude vahel nõrkade sidemetega spiraali kujul (vesinik);

kolmanda taseme– palliks rullitud spiraal;

kvaternaar– mitme ahela kombineerimisel, mis erinevad oma põhistruktuuri poolest.

Funktsioonid:

1) ehitus: valgud on kõigi rakustruktuuride oluline komponent;

2) struktuurne: valgud koos DNA-ga moodustavad kromosoomide keha ja RNA-ga ribosoomide keha;

3) ensümaatiline: keemiline katalüsaator. reaktsioone viib läbi mis tahes ensüüm - valk, kuid väga spetsiifiline;

4) transport: O 2 ja hormoonide ülekanne loomade ja inimeste organismis;

5) reguleeriv: valgud võivad täita reguleerivat funktsiooni, kui need on hormoonid. Näiteks insuliin (kõhunäärme talitlust toetav hormoon) aktiveerib glükoosimolekulide omastamist rakkude poolt ja nende lagunemist või säilitamist rakus. Insuliinipuuduse korral koguneb glükoos verre, areneb diabeet;

6) kaitsev: võõrkehade sattumisel kehasse tekivad kaitsvad valgud - antikehad, mis seostuvad võõrkehadega, ühendavad ja suruvad maha nende elutegevuse. Seda keha resistentsuse mehhanismi nimetatakse immuunsuseks;

7) energia: süsivesikute ja rasvade puudusel võivad aminohappe molekulid oksüdeeruda.

Mõiste "elu". Elusolendite peamised tunnused: toitumine, hingamine, eritumine, ärrituvus, liikuvus, paljunemine, kasv ja areng.

Bioloogia– teadus elusolendite tekkest ja arengust, nende struktuurist, organiseerimisvormidest ja tegevusviisidest. Praegu kuulub bioloogiateadmiste kompleksi üle 50 teaduse, nende hulgas botaanika, zooloogia, anatoomia, morfoloogia, biofüüsika, biokeemia, ökoloogia jne. Selline mitmekesisus teaduslikud distsipliinid seletatav uurimisobjekti keerukusega – elav aine.

Sellest vaatenurgast on eriti oluline mõista, milliste kriteeriumide alusel toimub aine jagunemine elavaks ja elutuks.

Klassikalises bioloogias võistlesid kaks vastandlikku seisukohta, mis selgitasid elusolendite olemust põhimõtteliselt erineval viisil - reduktsionism ja vitalism.

Toetajad reduktsionism usuti, et organismide kõiki eluprotsesse saab taandada teatud keemiliste reaktsioonide kogumiks. Tähtaeg "reduktsionism" tuleb ladinakeelsest sõnast redaktsioon – tagasi liikuma, tagasi pöörduma. Bioloogilised ideed reduktsionism toetus vulgaarmehhanistliku materialismi ideedele, mis levisid enim 17. ja 18. sajandi filosoofias. Mehaaniline materialism selgitas kõiki looduses toimuvaid protsesse klassikalise mehaanika seaduste vaatenurgast. Mehhanistliku materialistliku positsiooni kohanemine bioloogilise tunnetusega viis bioloogilise kujunemiseni reduktsionism. Vaatepunktist kaasaegne loodusteadus, ei saa reduktsionistlikku seletust pidada rahuldavaks, kuna see hävitab elusolendite olemuse. Kõige laiemalt levinud reduktsionism saadud 18. sajandil.

Reduktsionismi vastand on vitalism, mille toetajad seletavad elusorganismide eripära nendes leiduva erilise elujõudu. Tähtaeg "vitalism" tuleb ladinakeelsest sõnast vita – elu. Vitalismi filosoofiline alus on idealism. Vitalism ei selgitanud elusolendite toimimise eripärasid ja mehhanisme, taandades kõik erinevused orgaanilise ja anorgaanilise vahel salapärase ja tundmatu “elujõu” toimele.

Kaasaegne bioloogia peab elusolendite peamisteks omadusteks:

1) iseseisev ainevahetus,

2) ärrituvus,

4) paljunemisvõime,

5) liikuvus,

6) kohanemisvõime keskkonnaga

Nende omaduste kogumusest lähtuvalt erinevad elusolendid elututest. Bioloogilised süsteemid - need on terviklikud avatud süsteemid, vahetab pidevalt ainet, energiat, informatsiooni keskkonnaga ja on iseorganiseeruv. Elussüsteemid reageerivad aktiivselt keskkonnamuutustele ja kohanevad uute tingimustega. Elusolendite teatud omadused võivad olla omased ka anorgaanilistele süsteemidele, kuid ühelgi anorgaanilisel süsteemil ei ole loetletud omadusi.

On üleminekuvorme, mis ühendavad näiteks elava ja elutu omadused viirused. Sõna "viirus" tuletatud ladina viirusest – mürk. Viirused avastas 1892. aastal vene teadlane D. Ivanovski. Ühelt poolt koosnevad nad valkudest ja nukleiinhapped ja on võimelised ennast taastootma, s.t. neil on elusorganismide tunnused, kuid seevastu väljaspool võõrorganismi või rakku nad elusolendite tunnuseid ei näita - neil puudub oma ainevahetus, nad ei reageeri stiimulitele, ei ole kasvu- ja paljunemisvõimelised.

Kõigil Maal elavatel olenditel on sama biokeemiline koostis: 20 aminohapet, 5 lämmastiku alust, glükoos, rasvad. Kaasaegne orgaaniline keemia Tuntud on üle 100 aminohappe. Ilmselt on nii väike kogus elusolendeid moodustavaid ühendeid prebioloogilise evolutsiooni staadiumis toimunud valiku tulemus. Elussüsteeme moodustavad valgud on kõrgmolekulaarsed orgaanilised ühendid. Igas valgu puhul on aminohapete järjekord alati sama. Enamik valke toimib ensüümidena – elussüsteemides toimuvate keemiliste reaktsioonide katalüsaatoritena.

Klassikalise bioloogia oluline saavutus oli elusorganismide rakulise struktuuri teooria loomine. Kaasaegses kompleksis bioloogilised teadmised rakkude uurimisele on pühendatud eraldi distsipliin - tsütoloogia.

Mõiste “rakk” võttis teaduslikku kasutusse inglise botaanik R. Hooke 1665. aastal. Kuivatatud korgist söödet uurides avastas ta palju rakke ehk kambreid, mida ta nimetas rakkudeks. Selle avastuse hetkest rakuteooria loomiseni möödus aga kaks sajandit.

1837. aastal pakkus saksa botaanik M. Schleiden välja taimerakkude moodustumise teooria. Schleideni sõnul on rakkude paljunemisel ja arengul oluline roll rakutuumal, mille olemasolule pani 1831. aastal aluse R. Brown.

1839. aastal lõi M. Schleideni kaasmaalane, anatoom T. Schwann katseandmetele ja teoreetilistele järeldustele tuginedes elusorganismide ehituse rakuteooria. Rakuteooria loomine 19. sajandi keskel oli oluline samm bioloogia kui iseseisva teadusharu kujunemisel.

Rakuteooria põhiprintsiibid

1. Rakk on elementaarne bioloogiline üksus, kõigi elusolendite struktuurne ja funktsionaalne alus.

2. Rakk viib läbi iseseisvat ainevahetust, on võimeline jagunema ja isereguleeruma.

3. Uute rakkude moodustumine mitterakulisest materjalist on võimatu rakkude paljunemine toimub ainult rakkude jagunemise teel.

Rakuteooria elusorganismide struktuur sai veenvaks argumendiks Maa elu päritolu ühtsuse idee kasuks ja avaldas olulist mõju tänapäevase moodustumisele. teaduslik pilt rahu.

Anorgaanilisteks või mineraalseteks aineteks nimetatakse selliseid aineid nagu liiv, savi, erinevad mineraalid, vesi, süsinikoksiidid, süsihape, selle soolad ja muud "elutus looduses" leiduvad ained.

Umbes sajast keemilisest elemendist, mis leiti aastal maakoor, vaid kuusteist on eluks vajalikud ja neist neli - vesinik (H), süsinik (C), hapnik (O) ja lämmastik (N) on elusorganismides kõige levinumad ning moodustavad 99% elusolendite massist. Nende elementide bioloogiline tähtsus on seotud nende valentsusega (1, 2, 3, 4) ja võimega moodustada tugevaid kovalentseid sidemeid, mis on tugevamad kui teiste sama valentsiga elementide poolt moodustatud sidemed. Tähtsuselt järgmised on fosfori (P), väävli (S), naatriumi, magneesiumi, kloori, kaaliumi ja kaltsiumiioonid (Na, Mg, Cl, K, Ca). Raud (Fe), koobalt (Co), vask (Cu), tsink (Zn), boor (B), alumiinium (Al), räni (Si), vanaadium (V), molübdeen (Mo), jood (I), mangaan (Mn).

Kõik keemilised elemendid ioonide kujul või teatud ühendite osana osalevad keha ehituses. Näiteks süsinikku, vesinikku ja hapnikku leidub süsivesikutes ja rasvades. Valkude koostises lisatakse neile lämmastikku ja väävlit, nukleiinhapete koostises - lämmastik, fosfor, raud, mis osalevad hemoglobiini molekuli ehitamises; magneesiumi leidub klorofüllis; vaske leidub mõnedes oksüdatiivsetes ensüümides; jood sisaldub türoksiini molekulis (kilpnäärmehormoon); naatrium ja kaalium annavad elektrilaeng närvirakkude ja närvikiudude membraanidel; tsink sisaldub pankrease hormooni - insuliini molekulis; Koobaltit leidub vitamiinis B12.

Lämmastiku, fosfori, kaltsiumi ja muude anorgaaniliste ainete ühendid on sünteesi ehitusmaterjali allikad orgaanilised molekulid(aminohapped, valgud, nukleiinhapped jne) ning on osa paljudest raku ja organismi tugistruktuuridest. Mõned anorgaanilised ioonid (näiteks kaltsiumi- ja magneesiumiioonid) on paljude ensüümide, hormoonide ja vitamiinide aktivaatorid ja komponendid. Nende ioonide puudumisega on rakus elutähtsad protsessid häiritud.

Anorgaanilised happed ja nende soolad täidavad elusorganismides olulisi funktsioone. Vesinikkloriidhape on osa loomade ja inimeste maomahlast, kiirendades toiduvalkude seedimise protsessi. Väävelhappe jäägid, mis ühendavad vees lahustumatuid võõrkehi, annavad neile lahustuvuse, hõlbustades nende eemaldamist kehast. Lämmastik- ja fosforhapete anorgaanilised naatrium- ja kaaliumisoolad on taimede mineraalse toitumise olulised komponendid, neid lisatakse mulda väetisena. Kaltsiumi- ja fosforisoolad on osa loomade luukoest. Süsinikdioksiid (CO2) tekib looduses pidevalt orgaaniliste ainete oksüdeerumisel (mädanevad taime- ja loomajäänused, hingamine, kütuse põlemine) suurtes kogustes, see eraldub vulkaanipragudest ja mineraalveeallikate vetest.

Vesi on Maal väga levinud aine. Peaaegu maakera pind on kaetud veega, moodustades ookeane ja meresid. Jõed, järved. Suur osa vett eksisteerib atmosfääris gaasilise auruna; see on tohutute lume- ja jäämasside kujul aastaringselt kõrgete mägede tippudel ja polaarmaades on Maa soolestikus ka vett, mis küllastab mulda ja kive.

Vesi on taimede, loomade ja inimeste elus väga oluline. Kaasaegsete ideede kohaselt on elu algus seotud merega. Igas organismis on vesi keskkonnaks, milles toimuvad keemilised protsessid, mis tagavad organismi elutegevuse; lisaks osaleb ta ise mitmetes biokeemilistes reaktsioonides.

Keemiline ja füüsikalised omadused vesi on üsna ebatavaline ja seda seostatakse peamiselt selle molekulide väiksuse, molekulide polaarsusega ja nende võimega üksteisega vesiniksidemete kaudu ühendada.

Vaatleme vee bioloogilist tähtsust. Vesi - suurepärane lahusti polaarsete ainete jaoks. Nende hulka kuuluvad ioonsed ühendid, näiteks soolad, milles laetud osakesed (ioonid) aine lahustamisel dissotsieeruvad (eralduvad üksteisest) vees, samuti mõned mitteioonsed ühendid, nagu suhkrud ja lihtalkoholid, mis sisaldavad laetud aineid. molekulid (polaarsed) rühmad (suhkrutes ja alkoholides on need OH rühmad). Kui aine lahustub, saavad selle molekulid või ioonid vabamalt liikuda ja vastavalt sellele suureneb tema reaktsioonivõime. Sel põhjusel toimub enamik keemilisi reaktsioone rakus vesilahustes. Mittepolaarsed ained, nagu lipiidid, ei segune veega ja võivad seetõttu eraldada vesilahused eraldi kambriteks, nagu membraanid neid eraldavad. Molekulide mittepolaarsed osad tõrjutakse vee toimel ja tõmbuvad selle juuresolekul üksteise poole, nagu juhtub näiteks õlipiiskade ühinemisel suuremateks piiskadeks; teisisõnu, mittepolaarsed molekulid on hüdrofoobsed. Sellised hüdrofoobsed interaktsioonid mängivad olulist rolli nii membraanide kui ka paljude valgumolekulide ja nukleiinhapete stabiilsuse tagamisel. Vee kui lahusti omadused tähendavad ka seda, et vesi toimib erinevate ainete transpordikeskkonnana. See täidab seda rolli veres, lümfi- ja eritussüsteemides, seedetraktis ning taimede floeemis ja ksüleemis.

Vesi on suurepärane soojusmahtuvus. See tähendab, et soojusenergia märkimisväärne tõus põhjustab selle temperatuuri suhteliselt väikese tõusu. Seda nähtust seletatakse asjaoluga, et märkimisväärne osa sellest energiast kulub purustamisele vesiniksidemed, piirates veemolekulide liikuvust, st et ületada selle kleepuvust. Vee kõrge soojusmahtuvus minimeerib selles toimuvaid temperatuurimuutusi. Tänu sellele toimuvad biokeemilised protsessid väiksemas temperatuurivahemikus, ühtlasema kiirusega ning nende protsesside katkemise oht äkilistest temperatuurihälvetest ohustab neid vähem tugevalt. Vesi toimib paljude rakkude ja organismide elupaigana, mida iseloomustab tingimuste üsna märkimisväärne püsivus.

Vett iseloomustavad suured aurustumissoojus. Varjatud aurustumissoojus (või suhteline varjatud aurustumissoojus) on soojusenergia hulga mõõt, mis tuleb vedelikule anda, et see muutuks auruks, st ületaks molekuli ühtekuuluvusjõude vedel. Vee aurutamine nõuab üsna märkimisväärses koguses energiat. Seda seletatakse veemolekulide vaheliste vesiniksidemete olemasoluga. Just seetõttu on vee, nii väikeste molekulidega aine, keemistemperatuur ebatavaliselt kõrge.

Veemolekulide aurustumiseks vajalik energia pärineb nende keskkonnast. Seega kaasneb aurustumisega jahtumine. Seda nähtust kasutatakse loomadel higistamise ajal, termilise hingelduse ajal imetajatel või mõnedel roomajatel (näiteks krokodillidel), kes istuvad avatud suuga päikese käes; see võib mängida olulist rolli ka läbivate lehtede jahutamisel. Varjatud sulamissoojus (või suhteline latentne sulamissoojus) on sulamiseks vajaliku soojusenergia mõõt tahke(jää). Vesi sulatamiseks (sulatamiseks) nõuab suhteliselt suur hulk energiat. Tõsi on ka vastupidine: kui vesi külmub, peab see eraldama suurel hulgal soojusenergiat. See vähendab raku sisu ja ümbritseva vedeliku külmumise tõenäosust. Jääkristallid on elusolenditele eriti kahjulikud, kui need tekivad rakkude sees.

Vesi on ainus aine, millel on rohkem tihedus, kui tahkes. Kuna jää hõljub vees, tekib see külmumisel esmalt oma pinnal ja alles lõpuks põhjakihtides. Kui tiikide külmumine toimus vastupidises järjekorras, alt ülespoole, siis parasvöötme või külma kliimaga aladel ei saanud mageveekogudes elu üldse eksisteerida. Jää katab veesamba nagu teki, mis suurendab selles elavate organismide ellujäämisvõimalusi. See on oluline külmas kliimas ja külmal aastaajal, kuid kahtlemata mängis see eriti olulist rolli jääaeg. Pinnal olles sulab jää kiiremini. Asjaolu, et veekihid, mille temperatuur on langenud alla 4 kraadi, tõusevad ülespoole, põhjustab nende liikumist suurtes veekogudes. Koos veega ringlevad ka selles sisalduvad toitained, mille tõttu asustatud veekogusid sügavale elusorganismidega.

Vees on suur pindpinevus ja ühtekuuluvus. Ühtekuuluvus- see on molekulide sidusus füüsiline kehaüksteisega atraktiivsete jõudude mõjul. Vedeliku pinnal on pindpinevus – molekulide vahel mõjuvate, sissepoole suunatud sidusjõudude tulemus. Pindpinevuse tõttu kipub vedelik võtma sellise kuju, et selle pindala on minimaalne (ideaaljuhul sfääriline). Kõigist vedelikest on vee pindpinevus suurim. Veemolekulidele iseloomulik märkimisväärne ühtekuuluvus mängib olulist rolli elusrakkudes, aga ka vee liikumises läbi ksüleemi anumate taimedes. Paljudele väikestele organismidele on pindpinevus kasulik: see võimaldab neil hõljuda vee peal või libiseda üle selle pinna.

Vee bioloogilise tähtsuse määrab ka asjaolu, et see on üks vajalikest metaboliitidest, st osaleb metaboolsetes reaktsioonides. Vett kasutatakse näiteks vesiniku allikana fotosünteesi protsessis, samuti osaleb see hüdrolüüsireaktsioonides.

Vee roll elusorganismide jaoks kajastub eelkõige selles, et üks peamisi tegureid looduslik valik spetsifikatsiooni mõjutab veepuudus (mõnede liikuvate sugurakkudega taimede leviku piiratus). Kõik maismaaorganismid on kohanenud vee hankimiseks ja säilitamiseks; nende äärmuslikes ilmingutes - kserofüütidel, kõrbes elavatel loomadel jne. Selline kohanemine näib olevat tõeline looduse leidlikkuse ime.

Vee bioloogilised funktsioonid:

Kõigis organismides:

1) tagab struktuuri säilimise (kõrge veesisaldus protoplasmas); 2) toimib lahusti ja difusioonikeskkonnana; 3) osaleb hüdrolüüsireaktsioonides; 4) on söötmeks, milles toimub viljastumine;

5) tagab veeorganismide seemnete, sugurakkude ja vastsefaaside, samuti mõnede maismaataimede, näiteks kookospalmi seemnete leviku.

Taimedes:

1) määrab osmoosi ja turgiidsuse (millest sõltub palju: kasv (rakkude suurenemine), struktuuri säilimine, stoomide liikumine jne); 2) osaleb fotosünteesis; 3) tagab transpordi anorgaanilised ioonid ja orgaanilised molekulid; 4) tagab seemnete idanemise – paisumise, seemnekesta rebenemise ja edasise arengu.

Loomadel:

1) tagab ainete vedu;

2) määrab osmoregulatsiooni;

3) soodustab keha jahutamist (higistamine, termiline õhupuudus);

4) toimib ühe määrimise komponendina, näiteks liigendites;

5) omab toetavaid funktsioone (hüdrostaatiline karkass);

6) täidab kaitsefunktsiooni näiteks pisaravedelikus ja limas;

7) soodustab rännet (merehoovusi).



Ekskretoorseid funktsioone teostab seedetrakt; välised hingamiselundid; higi-, rasu-, pisara-, piima- ja muud näärmed, samuti neerud (joon. 1.14), mille abil eemaldatakse organismist lagunemissaadused.

Riis. 1.14.

Eritussüsteemi oluliseks organiks on neerud, mis on otseselt seotud vee ja mineraalide ainevahetuse reguleerimisega, tagavad organismis happe-aluse tasakaalu (tasakaalu) ning moodustavad bioloogiliselt aktiivseid aineid, näiteks reniini, mis mõjutab vererõhku. tasemed.

Inimkeha keemiline struktuur

Inimkeha sisaldab orgaanilisi ja anorgaanilisi aineid. Vesi moodustab 60% kehamassist ja mineraalid keskmiselt 4%. Orgaanilisi aineid esindavad peamiselt valgud (18%), rasvad (15%), süsivesikud (2-3%). Kõik keha ained, samuti elutu loodus, mis on ehitatud erinevate keemiliste elementide aatomitest.

110 teadaolevast keemilisest elemendist sisaldab inimkeha peamiselt 24 (tabel 1.2). Vastavalt nende kogusele organismis jagunevad keemilised elemendid põhi-, makro-, mikro- ja ultramikroelementideks.

Pange tähele, et üksikud keemilised elemendid kogunevad inimkeha erinevates organites ja kudedes ebaühtlaselt. Näiteks luukoesse koguneb kaltsium ja fosfor, veri - raud, kilpnääre - jood, maks - vask, nahk - strontsium jne.

Keha keemiliste elementide kvantitatiivne ja kvalitatiivne koostis sõltub mõlemast välised tegurid keskkond (toitumine, ökoloogia jne) ja üksikute elundite funktsioonid.

Makrotoitained ja nende tähtsuse organismis määrab asjaolu, et need on vajalikud paljude bioloogiliste elluviimiseks

Tabel 1.2

Keemilised elemendid, mis moodustavad inimkeha

(N.I. Volkovi järgi)

	Keemiline element
Põhiline	Hapnik (O)		Kokku 99,9%
elemendid	Süsinik (C)
	Vesinik (H) Lämmastik (N)
Makrotoitained	Kaltsium (Ca)
	Fosfor (P)
	Naatrium (Na)
	Magneesium (Mg)
Mikro ja ultra
mikroelemendid	Fluor (F) Räni (Si) Vanaadium (V) Kroom (Cr) Mangaan (Mn) Raud (Fe) Koobalt (Co) Vask (Cu) Tsink (Zn) Seleen (Se)
	Molübdeen (Mo) jood (J)

keemilised protsessid. Need on olulised toitumistegurid, kuna neid ei toodeta kehas. Mineraalainete sisaldus on suhteliselt madal (4-10% kuivkeha massist) ja sõltub organismi funktsionaalsest seisundist, vanusest, toitumisest ja keskkonnatingimustest.

Kaltsium inimkehas moodustab 40% kõigist mineraalainetest. See on osa hammastest ja luudest, andes neile tugevust. Kaltsiumi voolu vähenemine keha kudedesse viib selle vabanemiseni luudest, mis põhjustab nende tugevuse vähenemist (osteoporoos) ja talitlushäireid. närvisüsteem, vereringe, sealhulgas lihaste aktiivsus.

Fosfor moodustab 22% kõigist mineraalainetest. Umbes 80% selle kogusest leidub kudedes kaltsiumfosfaadi kujul. Fosfor mängib olulist rolli energia moodustumise protsessides, kuna fosforhappe jääkide kujul on see osa energiaallikatest - ATP, ADP, CrP, erinevad nukleotiidid, aga ka vesinikukandjad ja mõned ainevahetusproduktid.

Naatrium ja kaalium leidub kõigis keha kudedes ja vedelikes. Kaalium on valdavalt rakkude sees, naatrium - rakuvälises ruumis. Mõlemad on seotud närviimpulss, kudede stimuleerimine, osmootse vererõhu tekitamine (osmootsed aktiivsed ioonid), happe-aluse tasakaalu säilitamine ning samuti mõjutavad ensüümide Naf, Kf, ATPaasi aktiivsust. Need elemendid reguleerivad veevahetust organismis: naatriumioonid hoiavad vett kudedes kinni ja põhjustavad valkude turset (kolloidide moodustumist), mis viib tursete tekkeni; Kaaliumiioonid, vastupidi, suurendavad naatriumi ja vee eritumist kehast. Naatriumi ja kaaliumi vaegus organismis põhjustab kesknärvisüsteemi, lihaste kontraktiilse aparatuuri, südame-veresoonkonna ja seedesüsteemi häireid, mis toob kaasa füüsilise töövõime languse.

Magneesium organismi kudedes on teatud vahekorras kaltsiumiga. See mõjutab energia metabolismi, valkude sünteesi, kuna see on paljude ensüümide aktivaator, mida nimetatakse kinaasid ja täidavad fosfaatrühma ülekandmise funktsiooni ATP molekulilt erinevatele substraatidele. Magneesium mõjutab ka lihaste erutuvust ja aitab kolesterooli organismist eemaldada.

Selle puudus põhjustab suurenenud neuromuskulaarset erutuvust, krampide ilmnemist ja lihasnõrkust.

Kloor viitab osmootsetele toimeainetele ja osaleb keharakkude osmootse rõhu ja vee metabolismi reguleerimises, mida kasutatakse moodustamiseks. vesinikkloriidhape(HC1) - maomahla kohustuslik komponent. Kloori puudus organismis võib põhjustada vererõhu langust, soodustab müokardiinfarkti teket, väsimust, ärrituvust ja uimasust.

Mikro- ja ultra-mikroelemendid. Raud mängib väga olulist rolli organismi aeroobse energia moodustumise protsessides. See on osa valkudest hemoglobiin ja müoglobiin, mis transpordivad kehas 0 2 ja CO 2, samuti tsütokroomid - hingamisteede ahela komponendid, milles toimuvad bioloogilise oksüdatsiooni ja LTP moodustumise protsessid. Rauapuudus organismis põhjustab hemoglobiini moodustumise häireid ja selle kontsentratsiooni vähenemist veres. See võib viia rauavaegusaneemia tekkeni, vere hapnikumahu vähenemiseni ja füüsilise töövõime järsu languseni.

Tsink on osa paljudest energia metabolismi ensüümidest, aga ka karboanhüdraasi ensüümidest, mis katalüüsivad H 2 CO 3 ja laktaatdehüdrogenaasi vahetust, mis reguleerivad piimhappe oksüdatiivset lagunemist. See osaleb insuliinivalgu - pankrease hormooni - aktiivse struktuuri loomises ning suurendab hüpofüüsi (gonadotroopsete) ja sugunäärmete hormoonide (testosteroon, östrogeen) toimet valgusünteesi protsessidele. Tsingi puudus võib põhjustada immuunsuse nõrgenemist, isutust ja aeglustunud kasvuprotsesse.

Vask soodustab keha kasvu, suurendab vereloomeprotsesse, mõjutab glükoosi oksüdatsiooni ja glükogeeni lagunemise kiirust. See on osa hingamisahela ensüümidest, suurendab lipaasi, pepsiini ja teiste ensüümide aktiivsust.

Mangaan, koobalt, kroom organism kasutab neid paljude ensüümide aktivaatoritena, mis osalevad süsivesikute, valkude, lipiidide ainevahetuses, kolesterooli sünteesis, mõjutavad vereloomeprotsesse ja suurendavad organismi kaitsevõimet. Kroom suurendab ka valkude sünteesi, avaldades anaboolset toimet. Mangaan osaleb C-vitamiini sünteesis, mis on sportlastele väga oluline.

Jood vajalik kilpnäärmehormoonide - türoksiini ja selle derivaatide - ehitamiseks. Selle puudus organismis põhjustab kilpnäärmehaigusi (endeemiline struuma): 150 mcg rahuldab organismi päevase joodivajaduse.

Fluor on osa hambaemailist ja dentiinist. Selle liig pärsib kudede hingamise ja rasvhapete oksüdatsiooni protsesse. Ebapiisav fluorisisaldus põhjustab hambahaigusi (kaariest) ja liigne fluoriid põhjustab emaili määrdumist (fluoroosi).

Seleen omab antioksüdantset toimet, s.t. kaitseb rakke liigse lipiidide peroksüdatsiooni eest, mis viib kahjulike vesinikperoksiidide kogunemiseni kudedesse. Viimased uuringud näitavad, et seleen tugevdab immuunsüsteem ja takistab vähirakkude teket, osaleb geneetilise informatsiooni ülekandes.

Anorgaanilised ained on keemilised ühendid, mis erinevalt orgaanilistest ei sisalda süsinikku (v.a tsüaniidid, karbiidid, karbonaadid ja mõned muud traditsiooniliselt sellesse rühma kuuluvad ühendid).

Anorgaaniliste ainete klassifikatsioon on järgmine. On lihtaineid: mittemetallid (H2, N2, O2), metallid (Na, Zn, Fe), amfoteersed lihtained (Mn, Zn, Al), väärisgaasid (Xe, He, Rn) ja komplekssed ained: oksiidid (H2O, CO2, P2O5); hüdroksiidid (Ca(OH)2, H2SO4); soolad (CuSO4, NaCl, KNO3, Ca3(PO4)2) ja binaarsed ühendid.

Lihtsate (üheelemendiliste) ainete molekulid koosnevad ainult teatud (üht) tüüpi (elemendi) aatomitest. Need ei lagune keemilised reaktsioonid ja ei ole võimelised moodustama muid aineid. Lihtained jagunevad omakorda metallideks ja mittemetallideks. Nende vahel pole selget piiri, kuna lihtsatel ainetel on kahesugused omadused. Mõnel elemendil on samaaegselt nii metallide kui ka mittemetallide omadused. Neid nimetatakse amfoteerseteks.

Väärisgaasid on omaette anorgaaniliste ainete klass; nad paistavad teiste seas silma oma erilise originaalsusega. VIIIA-rühmad.

Mõnede elementide võimet moodustada mitmeid lihtsaid elemente, mis erinevad struktuuri ja omaduste poolest, nimetatakse allotroopiaks. Näited hõlmavad elemente C, teemanti moodustavat karabiini ja grafiiti; O - osoon ja hapnik; R - valge, punane, must ja teised. See nähtus on võimalik tänu erinevad numbrid aatomid molekulis ja tänu aatomite võimele moodustada erinevaid kristallilisi vorme.

Anorgaaniliste ainete põhiklassidesse kuuluvad lisaks lihtsatele ka kompleksühendid. Komplekssed (kahe- või mitmeelemendilised) ained on keemiliste elementide ühendid. Nende molekulid koosnevad aatomitest erinevat tüüpi(erinevad elemendid). Keemiliste reaktsioonide käigus lagunedes moodustavad nad mitmeid teisi aineid. Need jagunevad alusteks ja sooladeks.

Alustes on metalliaatomid ühendatud hüdroksüülrühmadega (või ühe rühmaga). Need ühendid jagunevad lahustuvateks (leelisteks) ja vees lahustumatuks.

Oksiidid koosnevad kahest elemendist, millest üks on tingimata hapnik. Need ei moodusta soola ega moodusta soola.

Hüdroksiidid on ained, mis tekivad (otsesel või kaudsel) koostoimel veega. Nende hulka kuuluvad: alused (Al(OH)3, Ca(OH)2), happed (HCl, H2SO4, HNO3, H3PO4), (Al(OH)3, Zn(OH)2). Suhtlemisel erinevat tüüpi hüdroksiidid moodustavad omavahel hapnikku sisaldavaid sooli.

Soolad jagunevad keskmisteks sooladeks (koosnevad katioonidest ja anioonidest - Ca3(PO4)2, Na2SO4); happeline (sisaldab happelises jäägis vesinikuaatomeid, mida saab asendada katioonidega -NaHSO3, CaHPO4), aluseline (sisaldab hüdrokso- või oksorühma - Cu2CO3(OH)2); kaksiksoolad (sisaldavad kahte erinevat keemilist katiooni) ja/või komplekssoolad (sisaldavad kahte erinevat happejääki) soolad (CaMg(CO3)2, K3).

Binaarsed ühendid (üsna suur ainete klass) jagunevad hapnikuvabadeks hapeteks (H2S, HCl); hapnikuvabad soolad (CaF2, NaCl) ja muud ühendid (CaC2, AlH3, CS2).

Anorgaanilistel ainetel puudub süsinikskelett, mis on orgaaniliste ühendite aluseks.

Inimkeha sisaldab nii (34%) kui anorgaanilised ühendid. Viimaste hulka kuuluvad ennekõike vesi (60%) ja kaltsiumisoolad, millest inimese luustik põhiliselt koosneb.

Anorgaanilised ained sees inimkeha mida esindab 22 keemilist elementi. Enamik neist on metallid. Sõltuvalt elementide kontsentratsioonist organismis nimetatakse neid mikroelementideks (mille sisaldus organismis ei ületa 0,005% kehamassist) ja makroelementideks. Organismi jaoks hädavajalikud mikroelemendid on jood, raud, vask, tsink, mangaan, molübdeen, koobalt, kroom, seleen ja fluor. Nende sattumine toidust kehasse on vajalik selle normaalseks toimimiseks. Makroelemendid nagu kaltsium, fosfor ja kloor on paljude kudede aluseks.