Hver vitenskap er full av konsepter, og hvis disse konseptene ikke mestres, eller indirekte emner kan være svært vanskelig å lære. Et av konseptene som bør forstås godt av enhver person som anser seg selv som mer eller mindre utdannet, er inndelingen av materialer i organisk og uorganisk. Det spiller ingen rolle hvor gammel en person er, disse konseptene er på listen over de med hjelp av hvilke de bestemmer det generelle utviklingsnivået på ethvert stadium menneskeliv. For å forstå forskjellene mellom disse to begrepene, må du først finne ut hva hver av dem er.

Organiske forbindelser - hva er de?

Organisk stoff– en gruppe kjemiske forbindelser med en heterogen struktur, som inkluderer karbonelementer, kovalent knyttet til hverandre. Unntakene er karbider, kull, karboksylsyrer. I tillegg til karbon er en av de inngående stoffene elementene hydrogen, oksygen, nitrogen, svovel, fosfor og halogen.

Slike forbindelser dannes på grunn av karbonatomers evne til å danne enkelt-, dobbelt- og trippelbindinger.

Habitat organiske forbindelser er levende vesener. De kan enten være en del av levende vesener eller vises som et resultat av deres vitale aktiviteter (melk, sukker).

Produktene fra syntesen av organiske stoffer er mat, medisiner, klær, byggematerialer, diverse utstyr, eksplosiver, ulike typer mineralgjødsel, polymerer, mattilsetningsstoffer, kosmetikk og mer.

Uorganiske stoffer - hva er de?

Uorganiske stoffer er en gruppe kjemiske forbindelser som ikke inneholder grunnstoffene karbon, hydrogen eller kjemiske forbindelser hvis grunnstoff er karbon. Både organiske og uorganiske er komponenter av celler. Den første i form av livgivende elementer, andre i sammensetningen av vann, mineraler og syrer, samt gasser.

Hva har organiske og uorganiske stoffer til felles?

Hva kan være felles mellom to tilsynelatende anonyme konsepter? Det viser seg at de har noe til felles, nemlig:

1. Stoffer av både organisk og uorganisk opprinnelse er sammensatt av molekyler.
2. Organiske og uorganiske stoffer kan oppnås som et resultat av en viss kjemisk reaksjon.

Organiske og uorganiske stoffer - hva er forskjellen

1. Økologiske er bedre kjent og studert vitenskapelig.
2. Det er mye mer organiske stoffer i verden. Antall organiske kjente for vitenskapen er omtrent en million, uorganiske - hundretusenvis.
3. De fleste organiske forbindelser er koblet til hverandre ved å bruke forbindelsens kovalente natur.
4. Det er også en forskjell i sammensetningen av de innkommende elementene. Organiske stoffer består av karbon, hydrogen, oksygen og mindre vanlig nitrogen, fosfor, svovel og halogenelementer. Uorganisk - består av alle elementene i det periodiske system, bortsett fra karbon og hydrogen.
5. Organiske stoffer er mye mer utsatt for påvirkning av varme temperaturer og kan ødelegges selv ved lave temperaturer. De fleste uorganiske er mindre utsatt for effektene av ekstrem varme på grunn av typen molekylær forbindelse.
6. Organiske stoffer er bestanddelene i den levende delen av verden (biosfæren), uorganiske stoffer er de ikke-levende delene (hydrosfæren, litosfæren og atmosfæren).
7. Sammensetningen av organiske stoffer er mer kompleks i struktur enn sammensetningen av uorganiske stoffer.
8. Organiske stoffer utmerker seg ved en lang rekke muligheter for kjemiske transformasjoner og reaksjoner.
9. På grunn av kovalent type forbindelser mellom organiske forbindelser og kjemiske reaksjoner varer litt lenger enn kjemiske reaksjoner i uorganiske forbindelser.
10. Uorganiske stoffer kan ikke være et matvareprodukt for levende vesener, og dessuten kan noen av denne typen kombinasjoner være dødelige for en levende organisme. Organiske stoffer er et produkt produsert av levende natur, samt et element i strukturen til levende organismer.

Hele vår verden: planter, fauna, alt som omgir oss består av de samme sporelementene, som finnes i forskjellige konsentrasjoner i alt og selvfølgelig i maten vår.

Hvert element påvirker helsen vår. Innholdet av grunnstoffer i matvarer er svært varierende. Mer stabil og konstant verdi er innholdet av elementer i kroppen til en frisk person, selv om det også kan ha variabilitet (variabilitet).

For menneskekroppen er rollen til rundt 30 kjemiske elementer definitivt etablert, uten hvilke den ikke kan eksistere normalt. Disse elementene kalles vitale. I tillegg til dem er det elementer som i små mengder ikke påvirker kroppens funksjon, men på visse nivåer er giftstoffer.

Makronæringsstoffer- innhold i kroppen på mer enn ett gram: fosfor, kalium, svovel, natrium, klor, magnesium, jern, fluor, sink, silisium, zirkonium - 11 elementer.

Mikroelementer- innhold i kroppen på mer enn ett milligram: rubidium, strontium, brom, bly, niob, kobber, aluminium, kadmium, barium, bor (topp ti mikroelementer), tellur, vanadium, arsen, tinn, selen, titan, kvikksølv, mangan, jod, nikkel, gull, molybden, antimon, krom, yttrium, kobolt, cesium, germanium - 28 grunnstoffer. Hvert element påvirker helsen vår. Innholdet av grunnstoffer i matvarer er svært varierende. En mer stabil og konstant verdi er innholdet av elementer i kroppen til en frisk person, selv om den også kan ha variasjon (variabilitet).

Forutsetningene til noen forskere går lenger. De tror at ikke bare er alle kjemiske elementer til stede i en levende organisme, men at hver av dem utfører en spesifikk biologisk funksjon. Det er godt mulig at denne hypotesen ikke vil bli bekreftet. Men etter hvert som forskning i denne retningen utvikler seg, avsløres den biologiske rollen til et økende antall kjemiske elementer.

Menneskekroppen består av 60 % vann, 34 % organisk materiale og 6 % uorganisk materiale. Hovedkomponentene i organiske stoffer er karbon, hydrogen, oksygen, de inkluderer også nitrogen, fosfor og svovel. Uorganiske stoffer i menneskekroppen inneholder nødvendigvis 22 kjemiske elementer: Ca, P, O, Na, Mg, S, B, Cl, K, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cr, Si, I,F,Se.

For eksempel, hvis en person veier 70 kg, inneholder den (i gram): kalsium - 1700, kalium - 250, natrium - 70, magnesium - 42, jern - 5, sink - 3.

Forskere har blitt enige om at hvis massefraksjonen av et element i kroppen overstiger 10-2%, bør det betraktes som et makroelement. Andelen mikroelementer i kroppen er 10-3-10-5%.

Det er et stort antall kjemiske elementer, spesielt tunge, som er gift for levende organismer - de har negative biologiske effekter. Disse elementene inkluderer: Ba, Ni, Pd, Pt, Au, Ag, Hg, Cd, Tl, Pb, As, Sb, Se.

Det finnes grunnstoffer som er giftige i relativt store mengder, men har gunstig effekt i lave konsentrasjoner. For eksempel er arsen, en sterk gift som forstyrrer det kardiovaskulære systemet og påvirker nyrene og leveren, gunstig i små doser, og leger foreskriver det for å forbedre appetitten. Oksygen, som en person trenger for å puste, i høye konsentrasjoner (spesielt under trykk) har en giftig effekt. Blant urenhetselementene er det også de som i små doser har effektive helbredende egenskaper. Dermed ble den bakteriedrepende (som forårsaker død av forskjellige bakterier) egenskapen til sølv og dets salter lagt merke til for lenge siden. For eksempel, i medisin brukes en løsning av kolloidalt sølv (collargol) til å vaske purulente sår, blæren, for kronisk blærebetennelse og uretritt, samt i form av øyedråper for purulent konjunktivitt og blennoré. Sølvnitratblyanter brukes til å kauterisere vorter og granuleringer. I fortynnede løsninger (0,1-0,25%) brukes sølvnitrat som et snerpende og antimikrobielt middel for kremer, og også som øyedråper. Forskere mener at den kauteriserende effekten av sølvnitrat er assosiert med dets interaksjon med vevsproteiner, noe som fører til dannelse av proteinsalter av sølv - albuminater. Sølv er ennå ikke klassifisert som et viktig element, men dets økte innhold i den menneskelige hjernen, endokrine kjertler og lever er allerede eksperimentelt etablert. Sølv kommer inn i kroppen gjennom plantemat, som agurk og kål.

Et veldig interessant spørsmål handler om prinsippene for naturens utvalg av kjemiske elementer for funksjonen til levende organismer. Det er ingen tvil om at deres utbredelse ikke er en avgjørende faktor. En sunn kropp er selv i stand til å regulere innholdet av individuelle elementer. Gitt et valg (mat og vann), kan dyr instinktivt bidra til denne reguleringen. Mulighetene til planter i denne prosessen er begrenset.

Organiske stoffer i cellen. De viktigste vitale forbindelsene er proteiner, fett og karbohydrater. Biopolymerer.

Organiske forbindelser utgjør i gjennomsnitt 20-30 % av cellemassen til en levende organisme. Disse inkluderer biologiske polymerer, proteiner, karbohydrater, lipider, hormoner, nukleinsyrer og vitaminer.

Biologiske polymerer– organiske forbindelser som utgjør cellene til levende organismer. Polymer - flerleddet kjede enkle stoffer– monomerer (n ÷ 10 tusen – 100 tusen monomerer.

Egenskapene til biopolymerer avhenger av strukturen til molekylene deres, av antall og variasjon av monomerenheter. Hvis monomerene er forskjellige, skaper deres gjentatte vekslinger i kjeden en vanlig polymer.

…A – A – B – A – A – B... vanlig

…A – A – B – B – A – B – A... uregelmessig

Karbohydrater

Generell formel Сn(H2O)m

Karbohydrater spiller rollen som energistoffer i menneskekroppen. De viktigste av dem er sukrose, glukose, fruktose og stivelse. De blir raskt absorbert ("brent") i kroppen. Unntaket er fiber (cellulose), som er spesielt rikelig i plantemat. Det absorberes praktisk talt ikke av kroppen, men har stor verdi: Fungerer som ballast og hjelper fordøyelsen ved mekanisk å rense slimhinnene i mage og tarm. Det er mye karbohydrater i poteter og grønnsaker, frokostblandinger, pasta, frukt og brød.

Eksempel: glukose, ribose, fruktose, deoksyribose – monosakkarider. sukrose - disakkarider. Stivelse, glykogen, cellulose - polysakkarider

Å være i naturen: i planter, frukt, pollen, grønnsaker (hvitløk, rødbeter), poteter, ris, mais, hvetekorn, tre...

Deres funksjoner:

1) energi: under oksidasjon til CO2 og H2O frigjøres energi; overflødig energi lagres i lever- og muskelceller i form av glykogen;

2) konstruksjon: i en plantecelle - en sterk base av cellevegger (cellulose);

3) strukturelle: de er en del av det intercellulære stoffet i huden og brusksenene;

4) gjenkjennelse av andre celler: som en del av cellemembraner, hvis separerte leverceller blandes med nyreceller, vil de uavhengig separeres i to grupper på grunn av samspillet mellom celler av samme type.

Lipider (lipoider, fett)

Lipider inkluderer ulike fettstoffer, fettlignende stoffer, fosfolipider... Alle er uløselige i vann, men løselige i kloroform, eter...

Å være i naturen: i dyre- og menneskeceller i cellemembranen; mellom cellene er det subkutane fettlaget.

Funksjoner:

1) termisk isolasjon (hos hvaler, pinnipeds ...);

2) reserve næringsstoff;

3) energi: energi frigjøres under hydrolysen av fett;

4) strukturell: noen lipider fungerer som en integrert del av cellemembraner.

Fett tjener også som en energikilde for menneskekroppen. Kroppen lagrer dem "i reserve", og de fungerer som en langsiktig energikilde. I tillegg har fett lav varmeledningsevne og beskytter kroppen mot hypotermi. Det er ikke overraskende at det tradisjonelle kostholdet til nordlige folk inneholder så mye animalsk fett. For personer som er engasjert i tungt fysisk arbeid, er det også lettest (men ikke alltid sunnere) å kompensere for energien som brukes med fet mat. Fett er en del av cellevegger, intracellulære formasjoner og nervevev. En annen funksjon av fett er å tilføre fettløselige vitaminer og andre biologisk aktive stoffer til kroppsvevet.

Ekorn

Tegning - protein, molekyl

Ekorn– biopolymerer hvis monomerer er aminosyrer.

Dannelsen av lineære proteinmolekyler skjer som et resultat av reaksjoner av aminosyrer med hverandre.

Kilder til proteiner kan ikke bare være animalske produkter (kjøtt, fisk, egg, cottage cheese), men også planteprodukter, for eksempel belgfrukter (bønner, erter, soyabønner, peanøtter, som inneholder opptil 22–23 vektprosent proteiner) , nøtter og sopp . Det er imidlertid mest protein i ost (opptil 25 %), kjøttprodukter (svinekjøtt 8–15 %, lam 16–17 %, storfekjøtt 16–20 %), fjærfe (21 %), fisk (13–21 %) , egg (13%), cottage cheese (14%). Melk inneholder 3 % protein, og brød 7–8 %. Blant frokostblandinger er mesteren i proteiner bokhvete (13% av proteinene i tørre korn), og det er derfor det anbefales til kosthold. For å unngå "overskudd" og samtidig sikre kroppens normale funksjon, er det først og fremst nødvendig å gi en person et komplett sett med proteiner med mat. Hvis det ikke er nok protein i kostholdet, føler en voksen tap av styrke, ytelsen reduseres, og kroppen er mindre motstandsdyktig mot infeksjoner og forkjølelse. Når det gjelder barn, hvis de har utilstrekkelig proteinernæring, er de sterkt bak i utviklingen: barn vokser, og proteiner er naturens viktigste "byggemateriale". Hver celle i en levende organisme inneholder proteiner. Menneskelige muskler, hud, hår og negler består hovedsakelig av proteiner. Dessuten er proteiner livsgrunnlaget de deltar i stoffskiftet og sikrer reproduksjon av levende organismer.

Struktur:

primær struktur- lineær, med alternerende aminosyrer;

sekundær– i form av en spiral med svake bindinger mellom svingene (hydrogen);

tertiær– en spiral rullet til en ball;

kvartær– når man kombinerer flere kjeder som er forskjellige i sin primære struktur.

Funksjoner:

1) konstruksjon: proteiner er en essensiell komponent i alle cellulære strukturer;

2) strukturelt: proteiner i kombinasjon med DNA utgjør kroppen av kromosomer, og med RNA - kroppen av ribosomer;

3) enzymatisk: kjemisk katalysator. reaksjoner utføres av et hvilket som helst enzym - et protein, men et veldig spesifikt;

4) transport: overføring av O 2 og hormoner i kroppen til dyr og mennesker;

5) regulatorisk: proteiner kan utføre en regulerende funksjon hvis de er hormoner. For eksempel aktiverer insulin (et hormon som støtter funksjonen til bukspyttkjertelen) opptaket av glukosemolekyler av celler og deres nedbrytning eller lagring inne i cellen. Med mangel på insulin akkumuleres glukose i blodet, og utvikler diabetes;

6) beskyttende: når fremmedlegemer kommer inn i kroppen, produseres beskyttende proteiner - antistoffer, som binder seg til fremmedlegemer, kombinerer og undertrykker deres vitale aktivitet. Denne mekanismen for motstand av kroppen kalles immunitet;

7) energi: med mangel på karbohydrater og fett kan aminosyremolekyler oksideres.

Konseptet "liv". De viktigste tegnene på levende ting: ernæring, åndedrett, utskillelse, irritabilitet, mobilitet, reproduksjon, vekst og utvikling.

Biologi– vitenskapen om levende tings opprinnelse og utvikling, deres struktur, organisasjonsformer og aktivitetsmetoder. For tiden er det mer enn 50 vitenskaper innenfor komplekset av biologisk kunnskap, blant dem: botanikk, zoologi, anatomi, morfologi, biofysikk, biokjemi, økologi, etc. Slikt mangfold vitenskapelige disipliner forklart av kompleksiteten til forskningsobjektet – levende materie.

Fra dette synspunktet er det spesielt viktig å forstå hvilke kriterier som ligger til grunn for inndelingen av materie i levende og ikke-levende.

I klassisk biologi konkurrerte to motstridende posisjoner, og forklarte essensen av levende ting på fundamentalt forskjellige måter - reduksjonisme og vitalisme.

Supportere reduksjonisme mente at alle livsprosesser til organismer kan reduseres til et sett med visse kjemiske reaksjoner. Periode "reduksjonisme" kommer fra det latinske ordet redaksjon - å flytte tilbake, å returnere. Ideer om biologiske reduksjonisme stolte på ideene om vulgær mekanistisk materialisme, som ble mest utbredt i filosofien på 1600- og 1700-tallet. Mekanistisk materialisme forklarte alle prosesser som forekommer i naturen fra synspunktet til lovene i klassisk mekanikk. Tilpasning av den mekanistiske materialistiske posisjonen til biologisk erkjennelse førte til dannelsen av biologisk reduksjonisme. Fra synspunktet moderne naturvitenskap, kan ikke en reduksjonistisk forklaring betraktes som tilfredsstillende, siden den demaskulerer selve essensen av levende ting. Mest spredt reduksjonisme mottatt på 1700-tallet.

Det motsatte av reduksjonisme er vitalisme, hvis støttespillere forklarer spesifisiteten til levende organismer ved tilstedeværelsen i dem av en spesiell vitalitet. Periode "vitalisme" kommer fra det latinske ordet vita - liv. Vitalismens filosofiske grunnlag er idealisme. Vitalisme forklarte ikke detaljene og mekanismene for funksjonen til levende ting, og reduserte alle forskjellene mellom det organiske og det uorganiske til handlingen til en mystisk og ukjent "vital kraft".

Moderne biologi anser hovedegenskapene til levende ting som:

1) uavhengig metabolisme,

2) irritabilitet,

4) evne til å reprodusere,

5) mobilitet,

6) tilpasningsevne til miljøet

Basert på totalen av disse egenskapene, skiller levende ting seg fra ikke-levende ting. Biologiske systemer – Disse er helhetlige åpne systemer, konstant utveksling av materie, energi, informasjon med miljøet og i stand til selvorganisering. Levende systemer reagerer aktivt på miljøendringer og tilpasser seg nye forhold. Visse kvaliteter av levende ting kan også være iboende i uorganiske systemer, men ingen av de uorganiske systemene besitter helheten av de listede egenskapene.

Det finnes overgangsformer som kombinerer egenskapene til levende og ikke-levende, for eksempel virus. Ord "virus" avledet fra det latinske viruset - gift. Virus ble oppdaget i 1892 av den russiske forskeren D. Ivanovsky. På den ene siden består de av proteiner og nukleinsyrer og er i stand til selvreproduksjon, dvs. har tegn på levende organismer, men på den annen side, utenfor en fremmed organisme eller celle viser de ikke tegn på levende ting - de har ikke egen metabolisme, reagerer ikke på stimuli, og er ikke i stand til vekst og reproduksjon.

Alle levende vesener på jorden har samme biokjemiske sammensetning: 20 aminosyrer, 5 nitrogenholdige baser, glukose, fett. Moderne organisk kjemi Mer enn 100 aminosyrer er kjent. Tilsynelatende er et så lite antall forbindelser som danner alle levende ting et resultat av seleksjon som skjedde på stadiet av prebiologisk evolusjon. Proteiner som utgjør levende systemer er høymolekylære organiske forbindelser. I et gitt protein er rekkefølgen på aminosyrer alltid den samme. De fleste proteiner fungerer som enzymer - katalysatorer for kjemiske reaksjoner som oppstår i levende systemer.

En betydelig prestasjon av klassisk biologi var etableringen av teorien om cellestrukturen til levende organismer. I et kompleks av moderne biologisk kunnskap det er en egen disiplin dedikert til studiet av celler - cytologi.

Konseptet "celle" ble introdusert i vitenskapelig bruk av den engelske botanikeren R. Hooke i 1665. Ved å undersøke mediet til tørket kork, oppdaget han mange celler, eller kamre, som han kalte celler. Imidlertid gikk to århundrer fra øyeblikket av denne oppdagelsen til etableringen av celleteorien.

I 1837 foreslo den tyske botanikeren M. Schleiden en teori om dannelsen av planteceller. Ifølge Schleiden spiller cellekjernen en viktig rolle i reproduksjon og utvikling av celler, hvis eksistens ble etablert i 1831 av R. Brown.

I 1839 skapte M. Schleidens landsmann, anatom T. Schwann, basert på eksperimentelle data og teoretiske konklusjoner, en cellulær teori om strukturen til levende organismer. Opprettelsen av celleteori på midten av 1800-tallet var et betydelig skritt i etableringen av biologi som en uavhengig vitenskapelig disiplin.

Grunnleggende prinsipper for celleteori

1. En celle er en elementær biologisk enhet, det strukturelle og funksjonelle grunnlaget for alle levende ting.

2. Cellen utfører uavhengig metabolisme, er i stand til deling og selvregulering.

3. Dannelsen av nye celler fra ikke-cellulært materiale er umulig cellereproduksjon skjer bare gjennom celledeling.

Celleteori strukturen til levende organismer ble et overbevisende argument til fordel for ideen om enheten av livets opprinnelse på jorden og hadde en betydelig innflytelse på dannelsen av moderne vitenskapelig bilde fred.

Stoffer som sand, leire, ulike mineraler, vann, karbonoksider, karbonsyre, dens salter og andre som finnes i "levende natur" kalles uorganiske eller mineralske stoffer.

Av de rundt hundre kjemiske grunnstoffene som finnes i jordskorpen, bare seksten er nødvendige for liv, og fire av dem - hydrogen (H), karbon (C), oksygen (O) og nitrogen (N) er mest vanlig i levende organismer og utgjør 99% av massen av levende ting. Den biologiske betydningen av disse elementene er assosiert med deres valens (1, 2, 3, 4) og evnen til å danne sterke kovalente bindinger, som er sterkere enn bindingene dannet av andre elementer av samme valens. De nest viktigste er fosfor (P), svovel (S), natrium, magnesium, klor, kalium og kalsiumioner (Na, Mg, Cl, K, Ca). Jern (Fe), kobolt (Co), kobber (Cu), sink (Zn), bor (B), aluminium (Al), silisium (Si), vanadium (V), molybden (Mo), jod (I), mangan (Mn).

Alle kjemiske elementer i form av ioner eller som en del av visse forbindelser deltar i konstruksjonen av kroppen. For eksempel finnes karbon, hydrogen og oksygen i karbohydrater og fett. I sammensetningen av proteiner tilsettes nitrogen og svovel til dem, i sammensetningen av nukleinsyrer - nitrogen, fosfor, jern, som er involvert i konstruksjonen av hemoglobinmolekylet; magnesium finnes i klorofyll; kobber finnes i noen oksidative enzymer; jod er inneholdt i tyroksinmolekylet (skjoldbruskhormon); natrium og kalium gir elektrisk ladning på membranene til nerveceller og nervefibre; sink er inkludert i molekylet til bukspyttkjertelhormonet - insulin; Kobolt finnes i vitamin B12.

Forbindelser av nitrogen, fosfor, kalsium og andre uorganiske stoffer tjener som en kilde til byggemateriale for syntese organiske molekyler(aminosyrer, proteiner, nukleinsyrer osv.) og er en del av en rekke bærende strukturer i cellen og organismen. Noen uorganiske ioner (for eksempel kalsium- og magnesiumioner) er aktivatorer og komponenter i mange enzymer, hormoner og vitaminer. Med mangel på disse ionene blir vitale prosesser i cellen forstyrret.

Uorganiske syrer og deres salter utfører viktige funksjoner i levende organismer. Saltsyre er en del av magesaften til dyr og mennesker, og akselererer prosessen med å fordøye matproteiner. Rester av svovelsyre, som forbinder fremmede stoffer som er uløselige i vann, gir dem løselighet, noe som letter fjerning fra kroppen. Uorganiske natrium- og kaliumsalter av salpetersyre og fosforsyrer tjener som viktige komponenter i mineralernæringen til planter, de tilsettes jorda som gjødsel. Kalsium- og fosforsalter er en del av animalsk beinvev. Karbondioksid (CO2) dannes konstant i naturen under oksidasjon av organiske stoffer (råtnende plante- og dyrerester, respirasjon, forbrenning av drivstoff) i store mengder, det frigjøres fra vulkanske sprekker og fra vannet i mineralkilder.

Vann er et veldig vanlig stoff på jorden. Nesten jordklodens overflate er dekket med vann, og danner hav og hav. Elver, innsjøer. Mye vann eksisterer som en gassformig damp i atmosfæren; den ligger i form av enorme mengder snø og is hele året på toppen av høye fjell og i polare land, i innvollene på jorden er det også vann som metter jord og steiner.

Vann er svært viktig i livet til planter, dyr og mennesker. I følge moderne ideer er selve livets opprinnelse forbundet med havet. I enhver organisme er vann mediet der det foregår kjemiske prosesser som sikrer organismens liv; i tillegg deltar den selv i en rekke biokjemiske reaksjoner.

Kjemisk og fysiske egenskaper vann er ganske uvanlig og er hovedsakelig assosiert med den lille størrelsen på molekylene, med polariteten til molekylene og med deres evne til å forbinde med hverandre ved hjelp av hydrogenbindinger.

La oss vurdere den biologiske betydningen av vann. Vann - utmerket løsemiddel for polare stoffer. Disse inkluderer ioniske forbindelser, som salter, der ladede partikler (ioner) dissosierer (separeres fra hverandre) i vann når stoffet er oppløst, samt noen ikke-ioniske forbindelser, som sukker og enkle alkoholer, som inneholder ladede molekyler (polare) grupper (i sukkerarter og alkoholer er disse OH-grupper). Når et stoff går i løsning, er dets molekyler eller ioner i stand til å bevege seg friere, og følgelig øker dets reaktivitet. Av denne grunn skjer de fleste kjemiske reaksjoner i en celle i vandige løsninger. Ikke-polare stoffer, som lipider, blandes ikke med vann og kan derfor separere vandige løsninger i separate rom, akkurat som membraner skiller dem. De ikke-polare delene av molekylene frastøtes av vann og tiltrekkes i nærvær av hverandre, slik det for eksempel skjer når oljedråper smelter sammen til større dråper; med andre ord, ikke-polare molekyler er hydrofobe. Slike hydrofobe interaksjoner spiller en viktig rolle for å sikre stabiliteten til membraner, så vel som mange proteinmolekyler og nukleinsyrer. De iboende egenskapene til vann som løsemiddel gjør også at vann fungerer som et medium for transport av ulike stoffer. Den utfører denne rollen i blodet, i lymfe- og ekskresjonssystemene, i fordøyelseskanalen og i floem og xylem hos planter.

Vann har flott varmekapasitet. Dette betyr at en betydelig økning i termisk energi bare forårsaker en relativt liten økning i temperaturen. Dette fenomenet forklares av det faktum at en betydelig del av denne energien brukes på å bryte hydrogenbindinger, begrenser mobiliteten til vannmolekyler, dvs. for å overvinne dens klebrighet. Den høye varmekapasiteten til vann minimerer temperaturendringene som oppstår i det. Takket være dette skjer biokjemiske prosesser i et mindre temperaturområde, med en mer konstant hastighet, og faren for forstyrrelse av disse prosessene fra plutselige temperaturavvik truer dem mindre sterkt. Vann fungerer som et habitat for mange celler og organismer, som er preget av en ganske betydelig konstant tilstand.

Vann er preget av store fordampningsvarme. Den latente fordampningsvarmen (eller den relative latente fordampningsvarmen) er et mål på mengden termisk energi som må tilføres en væske for at den skal omdannes til damp, det vil si for å overvinne kreftene til molekylær kohesjon i væsken. flytende. Fordamping av vann krever ganske betydelige mengder energi. Dette forklares med eksistensen av hydrogenbindinger mellom vannmolekyler. Det er på grunn av dette at kokepunktet til vann, et stoff med så små molekyler, er uvanlig høyt.

Energien som kreves for at vannmolekyler skal fordampe kommer fra miljøet. Dermed er fordampning ledsaget av avkjøling. Dette fenomenet brukes hos dyr under svette, under termisk dyspné hos pattedyr eller hos noen krypdyr (for eksempel krokodiller), som sitter i solen med åpen munn; det kan også spille en betydelig rolle i avkjøling av transpirerende blader. Latent fusjonsvarme (eller relativ latent fusjonsvarme) er et mål på den termiske energien som kreves for å smelte fast(is). Vann til smelting (smelting) krever relativt stort antall energi. Det motsatte er også sant: når vann fryser, må det frigjøre en stor mengde termisk energi. Dette reduserer sannsynligheten for at celleinnholdet og omkringliggende væske fryser. Iskrystaller er spesielt skadelige for levende ting når de dannes inne i cellene.

Vann er det eneste stoffet som har mer tetthet, enn i solid. Siden isen flyter i vann, dannes den når den først fryser på overflaten og først til slutt i bunnlagene. Hvis frysingen av dammer skjedde i omvendt rekkefølge, fra bunn til topp, så i områder med et temperert eller kaldt klima, kunne livet i ferskvannskropper ikke eksistere i det hele tatt. Is dekker vannsøylen som et teppe, noe som øker sjansene for å overleve for organismene som lever i den. Dette er viktig i kaldt klima og i den kalde årstiden, men det spilte utvilsomt en spesielt viktig rolle i istid. Når isen er på overflaten, smelter den raskere. Det faktum at vannlag hvis temperatur har falt under 4 grader stiger oppover forårsaker at de beveger seg i store vannmasser. Næringsstoffene i den sirkulerer også sammen med vannet, på grunn av hvilke vannforekomster er befolket av levende organismer til store dyp.

Vannet har en stor overflatespenning og kohesjon. Samhold- dette er kohesjonen av molekyler fysisk kropp med hverandre under påvirkning av attraktive krefter. Det er overflatespenning på overflaten av en væske - resultatet av kohesive krefter som virker mellom molekyler, rettet innover. På grunn av overflatespenning har væsken en tendens til å ha en form slik at overflatearealet er minimalt (ideelt sett en sfærisk form). Av alle væsker har vann den høyeste overflatespenningen. Den betydelige kohesjonskarakteristikken til vannmolekyler spiller en viktig rolle i levende celler, så vel som i bevegelsen av vann gjennom xylemkar i planter. Mange små organismer drar nytte av overflatespenning: den lar dem flyte på vannet eller gli over overflaten.

Den biologiske betydningen av vann bestemmes også av det faktum at det er en av de nødvendige metabolittene, det vil si at det deltar i metabolske reaksjoner. Vann brukes for eksempel som en kilde til hydrogen i fotosynteseprosessen, og deltar også i hydrolysereaksjoner.

Vannets rolle for levende organismer gjenspeiles spesielt i det faktum at en av hovedfaktorene naturlig utvalg som påvirker artsdannelse er mangel på vann (begrensning av fordelingen av noen planter med bevegelige kjønnsceller). Alle landlevende organismer er tilpasset for å skaffe og spare vann; i deres ekstreme manifestasjoner - i xerofytter, i ørkenlevende dyr, etc. Denne typen tilpasning ser ut til å være et sant mirakel av naturens oppfinnsomhet.

Biologiske funksjoner til vann:

I alle organismer:

1) sikrer vedlikehold av struktur (høyt vanninnhold i protoplasma); 2) tjener som et løsningsmiddel og medium for diffusjon; 3) deltar i hydrolysereaksjoner; 4) tjener som et medium der befruktning skjer;

5) sikrer spredning av frø, kjønnsceller og larvestadier av vannlevende organismer, samt frøene til noen landplanter, for eksempel kokospalmen.

I planter:

1) bestemmer osmose og turgiditet (som mange ting avhenger av: vekst (forstørrelse av celler), vedlikehold av struktur, bevegelse av stomata, etc.); 2) deltar i fotosyntesen; 3) sørger for transport uorganiske ioner og organiske molekyler; 4) sikrer frøspiring - hevelse, brudd på frøskallet og videreutvikling.

Hos dyr:

1) sørger for transport av stoffer;

2) bestemmer osmoregulering;

3) fremmer kroppskjøling (svette, termisk kortpustethet);

4) fungerer som en av komponentene i smøring, for eksempel i ledd;

5) har støttefunksjoner (hydrostatisk skjelett);

6) utfører en beskyttende funksjon, for eksempel i tårevæske og slim;

7) fremmer migrasjon (havstrømmer).



Utskillelsesfunksjoner utføres av mage-tarmkanalen; eksterne åndedrettsorganer; svette, talg, tåre, brystkjertler og andre kjertler, samt nyrer (fig. 1.14), ved hjelp av hvilke forfallsprodukter fjernes fra kroppen.

Ris. 1.14.

Et viktig organ i ekskresjonssystemet er nyrene, som er direkte involvert i reguleringen av vann- og mineralmetabolismen, sørger for syre-basebalanse (balanse) i kroppen, og danner biologisk aktive stoffer, som renin, som påvirker blodtrykket nivåer.

Kjemisk struktur av menneskekroppen

Menneskekroppen inneholder organiske og uorganiske stoffer. Vann utgjør 60 % av kroppsvekten, og mineraler i gjennomsnitt 4 %. Organiske stoffer er hovedsakelig representert av proteiner (18%), fett (15%), karbohydrater (2-3%). Alle stoffer i kroppen, så vel som livløs natur, bygget av atomer av forskjellige kjemiske elementer.

Av de 110 kjente kjemiske grunnstoffene inneholder menneskekroppen hovedsakelig 24 (tabell 1.2). Avhengig av deres mengde i kroppen, er kjemiske elementer delt inn i grunnleggende, makro-, mikro- og ultramikroelementer.

Merk at individuelle kjemiske elementer akkumuleres ujevnt i forskjellige organer og vev i menneskekroppen. For eksempel akkumulerer beinvev kalsium og fosfor, blod - jern, skjoldbruskkjertelen - jod, lever - kobber, hud - strontium, etc.

Den kvantitative og kvalitative sammensetningen av de kjemiske elementene i kroppen avhenger av begge eksterne faktorer miljø (ernæring, økologi, etc.), og funksjonene til individuelle organer.

Makronæringsstoffer og deres betydning i kroppen bestemmes av det faktum at de er nødvendige for gjennomføringen av mange biologiske

Tabell 1.2

Kjemiske elementer som utgjør menneskekroppen

(ifølge N.I. Volkov)

	Kjemisk element
Grunnleggende	Oksygen (O)		Totalt 99,9 %
elementer	Karbon (C)
	Hydrogen (H) Nitrogen (N)
Makronæringsstoffer	Kalsium (Ca)
	Fosfor (P)
	Natrium (Na)
	Magnesium (Mg)
Mikro og ultra
mikroelementer	Fluor (F) Silisium (Si) Vanadium (V) Krom (Cr) Mangan (Mn) Jern (Fe) Kobolt (Co) Kobber (Cu) Sink (Zn) Selen (Se)
	Molybden (Mo) Jod (J)

kjemiske prosesser. De er essensielle ernæringsfaktorer, siden de ikke produseres i kroppen. Innholdet av mineralske stoffer er relativt lavt (4-10 % av tørr kroppsvekt) og avhenger av kroppens funksjonstilstand, alder, ernæring og miljøforhold.

Kalsium i menneskekroppen utgjør 40% av den totale mengden av alle mineraler. Det er en del av tenner og bein, og gir dem styrke. En reduksjon i strømmen av kalsium inn i kroppsvevet fører til frigjøring fra beinene, noe som forårsaker en reduksjon i deres styrke (osteoporose), samt dysfunksjon nervesystemet, blodsirkulasjon, inkludert muskelaktivitet.

Fosfor utgjør 22 % av mengden av alle mineraler. Omtrent 80% av mengden finnes i vev i form av kalsiumfosfat. Fosfor spiller en viktig rolle i prosessene med energidannelse, siden det i form av fosforsyrerester er en del av energikilder - ATP, ADP, CrP, forskjellige nukleotider, samt hydrogenbærere og noen metabolske produkter.

Natrium og kalium finnes i alle vev og væsker i kroppen. Kalium er hovedsakelig inne i cellene, natrium - i det ekstracellulære rommet. Begge er involvert i nerveimpuls, stimulering av vev, dannelse av osmotisk blodtrykk (osmotiske aktive ioner), opprettholdelse av syre-base balanse, og påvirker også aktiviteten til enzymene Naf, Kf, ATPase. Disse elementene regulerer vannutvekslingen i kroppen: natriumioner holder på vann i vev og forårsaker hevelse av proteiner (dannelse av kolloider), noe som fører til ødem; Kaliumioner, tvert imot, øker utskillelsen av natrium og vann fra kroppen. Mangel på natrium og kalium i kroppen forårsaker forstyrrelse av sentralnervesystemet, muskelkontraktile apparater, kardiovaskulære og fordøyelsessystemer, noe som fører til en reduksjon i fysisk ytelse.

Magnesium i kroppens vev er i et visst forhold med kalsium. Det påvirker energimetabolismen, proteinsyntesen, siden det er en aktivator av mange enzymer, som kalles kinaser og utføre funksjonen med å overføre en fosfatgruppe fra et ATP-molekyl til forskjellige substrater. Magnesium påvirker også muskeleksitabilitet og hjelper til med å fjerne kolesterol fra kroppen.

Dens mangel fører til økt nevromuskulær eksitabilitet, utseende av kramper og muskelsvakhet.

Klor refererer til osmotiske aktive stoffer og er involvert i reguleringen av osmotisk trykk og vannmetabolisme av kroppsceller, brukt til dannelsen saltsyre(HC1) - en obligatorisk komponent i magesaft. Mangel på klor i kroppen kan føre til en reduksjon i blodtrykket, bidrar til hjerteinfarkt, og forårsaker tretthet, irritabilitet og døsighet.

Mikro- og ultra-mikroelementer. Stryke spiller en svært viktig rolle i prosessene for aerob energidannelse i kroppen. Det er en del av proteinene hemoglobin og myoglobin, som transporterer 0 2 og CO 2 i kroppen, samt cytokromer - komponenter i respirasjonskjeden der prosessene med biologisk oksidasjon og dannelse av LTP skjer. Jernmangel i kroppen fører til nedsatt dannelse av hemoglobin og en reduksjon i konsentrasjonen i blodet. Dette kan føre til utvikling av jernmangelanemi, en reduksjon i oksygenkapasiteten i blodet og en kraftig reduksjon i fysisk ytelse.

Sink er en del av mange enzymer i energimetabolismen, så vel som karbonsyreanhydraseenzymer, som katalyserer utvekslingen av H 2 CO 3 og laktatdehydrogenase, som regulerer den oksidative nedbrytningen av melkesyre. Det deltar i etableringen av den aktive strukturen til insulinproteinet - bukspyttkjertelhormonet, og forbedrer effekten av hypofyse (gonadotrope) og gonadale hormoner (testosteron, østrogen) på prosessene med proteinsyntese. Sinkmangel kan føre til svekket immunitet, tap av appetitt og langsommere vekstprosesser.

Kopper fremmer kroppsvekst, forbedrer hematopoietiske prosesser, påvirker hastigheten på glukoseoksidasjon og glykogennedbrytning. Det er en del av enzymene i respirasjonskjeden, øker aktiviteten til lipase, pepsin og andre enzymer.

Mangan, kobolt, krom brukes av kroppen som aktivatorer av mange enzymer som deltar i metabolismen av karbohydrater, proteiner, lipider, kolesterolsyntese, påvirker hematopoietiske prosesser og øker kroppens forsvar. Krom forbedrer også proteinsyntesen, og viser en anabol effekt. Mangan er involvert i syntesen av vitamin C, som er svært viktig for idrettsutøvere.

Jod nødvendig for bygging av skjoldbruskhormoner - tyroksin og dets derivater. Dens mangel i kroppen fører til sykdommer i skjoldbruskkjertelen (endemisk struma): 150 mcg tilfredsstiller kroppens daglige behov for jod.

Fluor er en del av tannemaljen og dentin. Dens overskudd undertrykker prosessene med vevsånding og fettsyreoksidasjon. Utilstrekkelig fluor forårsaker tannsykdom (karies), og overskudd forårsaker emaljefarging (fluorose).

Selen har en antioksidanteffekt, dvs. beskytter cellene mot overdreven lipidperoksidasjon, noe som fører til akkumulering av skadelige hydrogenperoksider i vev. Siste forskning tyder på at selen styrker immunsystem og forhindrer fremveksten av kreftceller, deltar i overføringen av genetisk informasjon.

Uorganiske stoffer er kjemiske forbindelser, som, i motsetning til organiske, ikke inneholder karbon (bortsett fra cyanider, karbider, karbonater og noen andre forbindelser som tradisjonelt tilhører denne gruppen).

Klassifiseringen av uorganiske stoffer er som følger. Det er enkle stoffer: ikke-metaller (H2, N2, O2), metaller (Na, Zn, Fe), amfotere enkle stoffer (Mn, Zn, Al), edelgasser (Xe, He, Rn) og komplekse stoffer: oksider (H2O, CO2, P2O5); hydroksyder (Ca(OH)2, H2SO4); salter (CuSO4, NaCl, KNO3, Ca3(PO4)2) og binære forbindelser.

Molekyler av enkle (enkelt-element) stoffer består kun av atomer av en viss (én) type (element). De brytes ikke ned til kjemiske reaksjoner og er ikke i stand til å danne andre stoffer. Enkle stoffer er på sin side delt inn i metaller og ikke-metaller. Det er ingen klar grense mellom dem på grunn av enkle stoffers evne til å utvise doble egenskaper. Noen elementer viser samtidig egenskaper til både metaller og ikke-metaller. De kalles amfotere.

Edelgasser er en egen klasse av uorganiske stoffer; de skiller seg ut blant andre ved sin spesielle originalitet. VIIIA-grupper.

Evnen til noen elementer til å danne flere enkle elementer som er forskjellige i struktur og egenskaper kalles allotropi. Eksempler inkluderer elementene C, diamantdannende karbin og grafitt; O - ozon og oksygen; R - hvit, rød, svart og andre. Dette fenomenet er mulig pga forskjellige tall atomer i et molekyl og på grunn av atomers evne til å danne forskjellige krystallinske former.

I tillegg til enkle inkluderer hovedklassene av uorganiske stoffer komplekse forbindelser. Med komplekse (to- eller multielement) stoffer menes forbindelser av kjemiske elementer. Molekylene deres består av atomer ulike typer(forskjellige elementer). Når de brytes ned i kjemiske reaksjoner, danner de flere andre stoffer. De er delt inn i baser og salter.

I baser er metallatomer koblet til hydroksylgrupper (eller en gruppe). Disse forbindelsene er delt inn i løselig (alkali) og uløselig i vann.

Oksider består av to elementer, hvorav det ene nødvendigvis er oksygen. De er ikke-saltdannende og saltdannende.

Hydroksyder er stoffer som dannes ved interaksjon (direkte eller indirekte) med vann. Disse inkluderer: baser (Al(OH)3, Ca(OH)2), syrer (HCl, H2SO4, HNO3, H3PO4), (Al(OH)3, Zn(OH)2). Når du samhandler ulike typer hydroksider danner oksygenholdige salter seg imellom.

Salter er delt inn i middels salter (består av kationer og anioner - Ca3(PO4)2, Na2SO4); sur (inneholder hydrogenatomer i den sure resten, som kan erstattes av kationer -NaHSO3, CaHPO4), basisk (inneholder en hydroxo- eller oksogruppe - Cu2CO3(OH)2); doble (inneholder to forskjellige kjemiske kationer) og/eller komplekse (inneholder to forskjellige sure rester) salter (CaMg(CO3)2, K3).

Binære forbindelser (en ganske stor klasse av stoffer) er delt inn i oksygenfrie syrer (H2S, HCl); oksygenfrie salter (CaF2, NaCl) og andre forbindelser (CaC2, AlH3, CS2).

Uorganiske stoffer har ikke et karbonskjelett, som er grunnlaget for organiske forbindelser.

Menneskekroppen inneholder både (34%) og uorganiske forbindelser. Sistnevnte inkluderer først og fremst vann (60%) og kalsiumsalter, som det menneskelige skjelettet hovedsakelig består av.

Uorganiske stoffer i menneskekroppen representert av 22 kjemiske elementer. De fleste av dem er metaller. Avhengig av konsentrasjonen av elementer i kroppen, kalles de mikroelementer (hvis innholdet i kroppen ikke er mer enn 0,005% av kroppsvekten) og makroelementer. Mikroelementer som er essensielle for kroppen er jod, jern, kobber, sink, mangan, molybden, kobolt, krom, selen og fluor. Deres inntak fra mat til kroppen er nødvendig for normal funksjon. Makroelementer som kalsium, fosfor og klor er grunnlaget for mange vev.