Ekskrēcijas sistēma. Neorganiskās vielas: piemēri un īpašības

Katru dienu cilvēks mijiedarbojas ar lielu skaitu objektu. Tie ir izgatavoti no dažādiem materiāliem, un tiem ir sava struktūra un sastāvs. Visu, kas ieskauj cilvēku, var iedalīt organiskajā un neorganiskajā. Rakstā apskatīsim, kas ir šādas vielas, un sniegsim piemērus. Mēs arī noteiksim, kādas neorganiskās vielas ir bioloģijā.

Apraksts

Neorganiskās vielas ir tās vielas, kas nesatur oglekli. Tie ir pretstats organiskajam. Šajā grupā ietilpst arī vairāki oglekli saturoši savienojumi, piemēram:

• cianīdi;
• oglekļa oksīdi;
• karbonāti;
• karbīdi un citi.

• ūdens;
• dažādas skābes (sālsskābe, slāpekļskābe, sērskābe);
• sāls;
• amonjaks;
• oglekļa dioksīds;
• metāli un nemetāli.

Neorganiskā grupa izceļas ar oglekļa skeleta trūkumu, kas raksturīgs organiskajām vielām. Pēc sastāva tos parasti iedala vienkāršos un sarežģītos. Vienkāršas vielas veido nelielu grupu. Kopumā to ir aptuveni 400.

Vienkārši neorganiskie savienojumi: metāli

Metāli ir vienkārši atomi, kuru pamatā ir metāliska saite. Šiem elementiem ir raksturīgas metāliskas īpašības: siltumvadītspēja, elektrovadītspēja, elastība, spīdums un citi. Kopumā šajā grupā ir 96 elementi. Tie ietver:

• sārmu metāli: litijs, nātrijs, kālijs;
• sārmzemju metāli: magnijs, stroncijs, kalcijs;
• varš, sudrabs, zelts;
• vieglie metāli: alumīnijs, alva, svins;
• pusmetāli: polonijs, moskovijs, nihonijs;
• lantanīdi un lantāns: skandijs, itrijs;
• aktinīdi un aktīnijs: urāns, neptūnijs, plutonijs.

Metāli dabā galvenokārt sastopami rūdu un savienojumu veidā. Lai iegūtu tīru metālu bez piemaisījumiem, to attīra. Ja nepieciešams, ir iespējama leģēšana vai cita apstrāde. To dara īpaša zinātne - metalurģija. Tas ir sadalīts melnā un krāsainā.

Vienkārši neorganiskie savienojumi: nemetāli

Nemetāli ir ķīmiskie elementi, kuriem nav metālisku īpašību. Neorganisko vielu piemēri:

• ūdens;
• slāpeklis;
• sērs;
• skābeklis un citi.

Nemetālus raksturo liels elektronu skaits uz to atomu. Tas nosaka noteiktas īpašības: palielinās spēja piesaistīt papildu elektronus, un parādās augstāka oksidatīvā aktivitāte.

Dabā var atrast nemetālus brīvā stāvoklī: skābeklis, hlors, kā arī cietās formas: jods, fosfors, silīcijs, selēns.

Dažiem nemetāliem ir raksturīga īpašība - allotropija. Tas ir, tie var pastāvēt dažādās modifikācijās un formās. Piemēram:

• gāzveida skābeklim ir modifikācijas: skābeklis un ozons;
• cietais ogleklis var pastāvēt šādās formās: dimants, grafīts, stiklveida ogleklis un citi.

Sarežģīti neorganiskie savienojumi

Šīs vielu grupas ir daudz vairāk. Sarežģītie savienojumi izceļas ar vairāku ķīmisko elementu klātbūtni vielā.

Sīkāk apskatīsim sarežģītas neorganiskās vielas. Piemēri un to klasifikācija ir sniegta zemāk rakstā.

1. Oksīdi ir savienojumi, kuros viens no elementiem ir skābeklis. Grupā ietilpst:

• sāli neveidojošs (piemēram, slāpeklis);
• sāli veidojoši oksīdi (piemēram, nātrija oksīds, cinka oksīds).

2. Skābes ir vielas, kas satur ūdeņraža jonus un skābes atlikumus. Piemēram, slāpekļa sērūdeņradis.

3. Hidroksīdi ir savienojumi, kas satur -OH grupu. Klasifikācija:

• bāzes - šķīstošie un nešķīstošie sārmi - vara hidroksīds, nātrija hidroksīds;
• skābekli saturošas skābes - dihidrogēntrioksokarbonāts, ūdeņraža trioksonitrāts;
• amfotērisks - hroma hidroksīds, vara hidroksīds.

4. Sāļi ir vielas, kas satur metālu jonus un skābes atlikumus. Klasifikācija:

• vide: nātrija hlorīds, dzelzs sulfīds;
• skābs: nātrija bikarbonāts, hidrosulfāti;
• galvenais: dihidroksohroma nitrāts, hidroksohroma nitrāts;
• komplekss: nātrija tetrahidroksicinkāts, kālija tetrahlorplatināts;
• dubultā: kālija alauns;
• sajaukts: kālija alumīnija sulfāts, kālija vara hlorīds.

5. Binārie savienojumi ir vielas, kas sastāv no diviem ķīmiskiem elementiem:

• bezskābekļa skābes;
• bezskābekļa sāļi un citi.

Neorganiskie savienojumi, kas satur oglekli

Šādas vielas tradicionāli pieder neorganisko vielu grupai. Vielu piemēri:

• Karbonāti - ogļskābes esteri un sāļi - kalcīts, dolomīts.
• Karbīdi ir nemetālu un metālu savienojumi ar oglekli - berilija karbīdu, kalcija karbīdu.
• Cianīdi - ciānūdeņražskābes sāļi - nātrija cianīds.
• Oglekļa oksīdi ir oglekļa un skābekļa binārs savienojums - oglekļa monoksīds un oglekļa dioksīds.
• Cianāti ir ciānskābes atvasinājumi – fulmīnskābe, izociānskābe.
• Karbonilmetāli - metāla un oglekļa monoksīda komplekss - niķeļa karbonilgrupa.

Visas aplūkotās vielas atšķiras pēc to individuālajām ķīmiskajām un fizikālajām īpašībām. Kopumā var identificēt katras neorganisko vielu klases atšķirīgās iezīmes:

1. Vienkārši metāli:

• augsta siltuma un elektriskā vadītspēja;
• metālisks spīdums;
• pārredzamības trūkums;
• izturība un elastība;
• istabas temperatūrā tie saglabā savu cietību un formu (izņemot dzīvsudrabu).

2. Vienkārši nemetāli:

• vienkārši nemetāli var būt gāzveida stāvoklī: ūdeņradis, skābeklis, hlors;
• broms rodas šķidrā stāvoklī;
• cietiem nemetāliem ir nemolekulārs stāvoklis un tie var veidot kristālus: dimantu, silīciju, grafītu.

3. Sarežģītas vielas:

• oksīdi: reaģē ar ūdeni, skābēm un skābiem oksīdiem;
• skābes: reaģē ar ūdeni un sārmiem;
• amfoteriskie oksīdi: var reaģēt ar skābiem oksīdiem un bāzēm;
• hidroksīdi: šķīst ūdenī, ir plašs kušanas punktu diapazons, var mainīt krāsu, mijiedarbojoties ar sārmiem.

Jebkura dzīva organisma šūna sastāv no daudzām sastāvdaļām. Daži no tiem ir neorganiski savienojumi:

• Ūdens. Piemēram, ūdens daudzums šūnā svārstās no 65 līdz 95%. Tas ir nepieciešams ķīmisko reakciju īstenošanai, sastāvdaļu kustībai un termoregulācijas procesam. Tas ir arī ūdens, kas nosaka šūnas tilpumu un elastības pakāpi.
• Minerālsāļi. Organismā tie var būt gan izšķīdinātā, gan neizšķīdinātā veidā. Svarīgu lomu šūnu procesos spēlē katjoni: kālijs, nātrijs, kalcijs, magnijs un anjoni: hlors, bikarbonāti, superfosfāts. Minerālvielas ir nepieciešamas, lai uzturētu osmotisko līdzsvaru, regulētu bioķīmiskos un fiziskos procesus, veidotu nervu impulsus, uzturētu asins recēšanas līmeni un daudzas citas reakcijas.

Dzīvības uzturēšanai svarīgas ir ne tikai šūnas neorganiskās vielas. Organiskās sastāvdaļas aizņem 20-30% no tā tilpuma.

Klasifikācija:

• vienkāršas organiskās vielas: glikoze, aminoskābes, taukskābes;
• kompleksās organiskās vielas: olbaltumvielas, nukleīnskābes, lipīdi, polisaharīdi.

Organiskie komponenti ir nepieciešami, lai veiktu šūnas aizsargājošo, enerģētisko funkciju, tie kalpo kā enerģijas avots šūnu darbībai un uzglabā barības vielas, veic proteīnu sintēzi un pārraida iedzimtu informāciju.

Rakstā tika apskatīta neorganisko vielu būtība un piemēri, to nozīme šūnas sastāvā. Var teikt, ka dzīvo organismu pastāvēšana nebūtu iespējama bez organisko un neorganisko savienojumu grupām. Tie ir svarīgi visās cilvēka dzīves jomās, kā arī katra organisma pastāvēšanā.

Mazliet ķīmijas

No šobrīd zinātnei zināmajiem 92 ķīmiskajiem elementiem 81 elements ir atrodams cilvēka organismā. Starp tiem ir 4 galvenie: C (ogleklis), H (ūdeņradis), O (skābeklis), N (slāpeklis), kā arī 8 makro un 69 mikroelementi.

Makroelementi

Makroelementi- tās ir vielas, kuru saturs pārsniedz 0,005% no ķermeņa svara. Šis Ca (kalcijs), Cl (hlors), F (fluors). K (kālijs), Mg (magnijs), Na (nātrijs), P (fosfors) un S (sērs). Tie ir daļa no galvenajiem audiem - kauliem, asinīm, muskuļiem. Galvenie un makroelementi kopā veido 99% no cilvēka ķermeņa svara.

Mikroelementi

Mikroelementi- tās ir vielas, kuru saturs katram atsevišķam elementam nepārsniedz 0,005%, un to koncentrācija audos nepārsniedz 0,000001%. Mikroelementi ir ļoti svarīgi arī normālai dzīvei.

Īpaša mikroelementu apakšgrupa ir ultramikroelementi, kas atrodas organismā ārkārtīgi mazos daudzumos, ir zelts, urāns, dzīvsudrabs utt.

70-80% cilvēka ķermeņa sastāv no ūdens, pārējo veido organiskās un minerālvielas.

Organiskās vielas

Organiskās vielas var veidoties (vai mākslīgi sintezēt) no minerāliem. Visu organisko vielu galvenā sastāvdaļa ir ogleklis(dažādu oglekļa savienojumu uzbūves, ķīmisko īpašību, ražošanas metožu un praktiskā pielietojuma izpēte ir organiskās ķīmijas priekšmets). Ogleklis ir vienīgais ķīmiskais elements, kas spēj veidot milzīgu skaitu dažādu savienojumu (šo savienojumu skaits pārsniedz 10 miljonus!). Tas ir olbaltumvielās, taukos un ogļhidrātos, kas nosaka mūsu pārtikas uzturvērtību; ir daļa no visiem dzīvnieku organismiem un augiem.

Papildus ogleklim, organiskie savienojumi bieži satur skābeklis, slāpeklis, Dažreiz - fosfors, sērs un citi elementi, taču daudziem no šiem savienojumiem ir neorganiskas īpašības. Starp organiskajām un neorganiskajām vielām nav asas robežas. Galvenā organisko savienojumu pazīmes ogļūdeņraži ir dažādi oglekļa-ūdeņraža savienojumi un to atvasinājumi. Jebkuru organisko vielu molekulas satur ogļūdeņraža fragmentus.

Īpaša zinātne nodarbojas ar dažāda veida organisko savienojumu, kas atrodami dzīvos organismos, to uzbūves un īpašību izpēti - bioķīmija.

Atkarībā no struktūras organiskos savienojumus iedala vienkāršos - aminoskābes, cukuri un taukskābes, sarežģītākos - pigmentus, kā arī vitamīnus un koenzīmus (enzīmu neolbaltumvielas), un sarežģītākajos - vāveres Un nukleīnskābes.

Organisko vielu īpašības nosaka ne tikai to molekulu struktūra, bet arī to mijiedarbības skaits un raksturs ar blakus esošajām molekulām, kā arī savstarpējais telpiskais izvietojums. Šie faktori visskaidrāk izpaužas to vielu īpašību atšķirībās, kas atrodas dažādās agregācijas stāvokļi.

Tiek saukts vielu pārveidošanas process, ko pavada izmaiņas to sastāvā un (vai) struktūrā ķīmiskā reakcija. Šī procesa būtība ir ķīmisko saišu pārraušana izejvielās un jaunu saišu veidošanās reakcijas produktos. Reakciju uzskata par pabeigtu, ja reakcijas maisījuma materiāla sastāvs vairs nemainās.

Organisko savienojumu reakcijas (organiskās reakcijas) ievērot vispārīgos ķīmisko reakciju likumus. Tomēr to norise bieži ir sarežģītāka nekā neorganisko savienojumu mijiedarbības gadījumā. Tāpēc organiskajā ķīmijā liela uzmanība tiek pievērsta reakcijas mehānismu izpētei.

Minerālvielas

Minerālvielas cilvēka organismā mazāk nekā organiskie, taču arī tie ir vitāli svarīgi. Šādas vielas ietver dzelzs, jods, varš, cinks, kobalts, hroms, molibdēns, niķelis, vanādijs, selēns, silīcijs, litijs uc Neskatoties uz nelielo nepieciešamību kvantitatīvā izteiksmē, tie kvalitatīvi ietekmē visu bioķīmisko procesu aktivitāti un ātrumu. Bez tiem nav iespējama normāla pārtikas gremošana un hormonu sintēze. Ar šo vielu deficītu cilvēka organismā rodas specifiski traucējumi, kas izraisa raksturīgas slimības. Mikroelementi bērniem ir īpaši svarīgi kaulu, muskuļu un iekšējo orgānu intensīvas augšanas periodā. Ar vecumu cilvēka vajadzība pēc minerālvielām nedaudz samazinās.

Visa mūsu pasaule: augi, fauna, viss, kas mūs ieskauj, sastāv no vieniem un tiem pašiem mikroelementiem, kas ir dažādās koncentrācijās it visā un, protams, arī pārtikā.

Katrs elements ietekmē mūsu veselību. Elementu saturs pārtikas produktos ir ļoti mainīgs. Stabilāka un nemainīgāka vērtība ir elementu saturs vesela cilvēka ķermenī, lai gan tam var būt arī mainīgums (mainība).

Cilvēka ķermenim noteikti ir noteikta apmēram 30 ķīmisko elementu loma, bez kuriem tas nevar normāli pastāvēt. Šos elementus sauc par vitāli svarīgiem. Papildus tiem ir elementi, kas nelielos daudzumos neietekmē ķermeņa darbību, bet noteiktā līmenī ir indes.

Makroelementi- saturs organismā vairāk nekā viens grams: fosfors, kālijs, sērs, nātrijs, hlors, magnijs, dzelzs, fluors, cinks, silīcijs, cirkonijs - 11 elementi.

Mikroelementi- saturs organismā pārsniedz vienu miligramu: rubīdijs, stroncijs, broms, svins, niobijs, varš, alumīnijs, kadmijs, bārijs, bors (desmit galvenie mikroelementi), telūrs, vanādijs, arsēns, alva, selēns, titāns, dzīvsudrabs, mangāns, jods, niķelis, zelts, molibdēns, antimons, hroms, itrijs, kobalts, cēzijs, germānija - 28 elementi. Katrs elements ietekmē mūsu veselību. Elementu saturs pārtikas produktos ir ļoti mainīgs. Stabilāka un nemainīgāka vērtība ir elementu saturs vesela cilvēka ķermenī, lai gan tam var būt arī mainīgums (mainība).

Dažu zinātnieku pieņēmumi sniedzas tālāk. Viņi uzskata, ka dzīvā organismā ne tikai ir visi ķīmiskie elementi, bet katrs no tiem veic noteiktu bioloģisko funkciju. Pilnīgi iespējams, ka šī hipotēze neapstiprināsies. Tomēr, attīstoties pētījumiem šajā virzienā, tiek atklāta arvien lielāka ķīmisko elementu bioloģiskā loma.

Cilvēka ķermenis sastāv no 60% ūdens, 34% organisko vielu un 6% neorganisko vielu. Galvenās organisko vielu sastāvdaļas ir ogleklis, ūdeņradis, skābeklis, tajos ietilpst arī slāpeklis, fosfors un sērs. Cilvēka ķermeņa neorganiskās vielas obligāti satur 22 ķīmiskos elementus: Ca, P, O, Na, Mg, S, B, Cl, K, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cr, Si, Es, F, Se.

Piemēram, ja cilvēks sver 70 kg, tad tajā ir (gramos): kalcijs - 1700, kālijs - 250, nātrijs - 70, magnijs - 42, dzelzs - 5, cinks - 3.

Zinātnieki ir vienojušies, ka, ja elementa masas daļa organismā pārsniedz 10-2%, tad tas jāuzskata par makroelementu. Mikroelementu īpatsvars organismā ir 10-3-10-5%.

Ir liels skaits ķīmisko elementu, īpaši smago, kas ir indes dzīviem organismiem - tiem ir nelabvēlīga bioloģiskā ietekme. Šie elementi ietver: Ba, Ni, Pd, Pt, Au, Ag, Hg, Cd, Tl, Pb, As, Sb, Se.

Ir elementi, kas salīdzinoši lielos daudzumos ir indīgi, bet mazā koncentrācijā labvēlīgi iedarbojas. Piemēram, arsēns, spēcīga inde, kas traucē sirds un asinsvadu sistēmu un ietekmē nieres un aknas, ir labvēlīga nelielās devās, un ārsti to izraksta, lai uzlabotu ēstgribu. Skābeklim, kas cilvēkam nepieciešams elpošanai, lielā koncentrācijā (īpaši zem spiediena) ir toksiska iedarbība. Starp piemaisījumu elementiem ir arī tie, kuriem nelielās devās ir efektīvas ārstnieciskas īpašības. Tādējādi sudraba un tā sāļu baktericīdā (izraisot dažādu baktēriju nāvi) īpašība tika pamanīta jau sen. Piemēram, medicīnā koloidālā sudraba (collargol) šķīdumu izmanto strutojošu brūču, urīnpūšļa, hroniska cistīta un uretrīta mazgāšanai, kā arī acu pilienu veidā strutojoša konjunktivīta un blenorejas gadījumā. Sudraba nitrāta zīmuļi tiek izmantoti kārpu un granulu kodināšanai. Atšķaidītos šķīdumos (0,1-0,25%) sudraba nitrātu izmanto kā savelkošu un pretmikrobu līdzekli losjoniem, kā arī kā acu pilienus. Zinātnieki uzskata, ka sudraba nitrāta cauterizing iedarbība ir saistīta ar tā mijiedarbību ar audu olbaltumvielām, kas izraisa sudraba olbaltumvielu sāļu - albuminātu veidošanos. Sudrabs vēl nav klasificēts kā vitāli svarīgs elements, taču jau eksperimentāli ir noskaidrots tā palielinātais saturs cilvēka smadzenēs, endokrīnos dziedzeros un aknās. Sudrabs nonāk organismā ar augu pārtiku, piemēram, gurķiem un kāpostiem.

Ļoti interesants jautājums ir par principiem, kā dabā tiek atlasīti ķīmiskie elementi dzīvo organismu funkcionēšanai. Nav šaubu, ka to izplatība nav noteicošais faktors. Vesels ķermenis pats spēj regulēt atsevišķu elementu saturu. Ņemot vērā izvēli (pārtika un ūdens), dzīvnieki var instinktīvi veicināt šo regulējumu. Augu iespējas šajā procesā ir ierobežotas.

Šūnu organiskās vielas. Galvenie dzīvībai svarīgie savienojumi ir olbaltumvielas, tauki un ogļhidrāti. Biopolimēri.

Organiskie savienojumi veido vidēji 20-30% no dzīvā organisma šūnu masas. Tajos ietilpst bioloģiskie polimēri, olbaltumvielas, ogļhidrāti, lipīdi, hormoni, nukleīnskābes un vitamīni.

Bioloģiskie polimēri– organiskie savienojumi, kas veido dzīvo organismu šūnas. Polimērs ir vienkāršu vielu - monomēru (n ÷ 10 tūkstoši - 100 tūkstoši monomēru) vairāku saišu ķēde.

Biopolimēru īpašības ir atkarīgas no to molekulu struktūras, no monomēru vienību skaita un daudzveidības. Ja monomēri ir atšķirīgi, tad to atkārtota maiņa ķēdē rada regulāru polimēru.

…A – A – B – A – A – B... regulārs

…A – A – B – B – A – B – A... neregulāri

Ogļhidrāti

Vispārējā formula Сn(H2O)m

Ogļhidrāti cilvēka organismā spēlē enerģētisko vielu lomu. Vissvarīgākie no tiem ir saharoze, glikoze, fruktoze un ciete. Tie ātri uzsūcas ("sadedzina") organismā. Izņēmums ir šķiedrvielas (celuloze), kuras īpaši daudz ir augu pārtikā. Tas praktiski netiek absorbēts organismā, bet tam ir liela nozīme: tas darbojas kā balasts un palīdz gremošanu, mehāniski attīrot kuņģa un zarnu gļotādu. Kartupeļos un dārzeņos, graudaugos, makaronos, augļos un maizē ir daudz ogļhidrātu.

Piemērs: glikoze, riboze, fruktoze, dezoksiriboze monosaharīdi. saharoze - disaharīdi. Ciete, glikogēns, celuloze - polisaharīdi

Atrodoties dabā: augos, augļos, ziedputekšņos, dārzeņos (ķiploki, bietes), kartupeļos, rīsos, kukurūzā, kviešu graudos, koksnē...

Viņu funkcijas:

1) enerģija: oksidējoties līdz CO2 un H2O, izdalās enerģija; liekā enerģija tiek uzkrāta aknu un muskuļu šūnās glikogēna veidā;

2) konstrukcija: augu šūnā - spēcīga šūnu sieniņu pamatne (celuloze);

3) strukturāli: tie ir daļa no ādas un skrimšļa cīpslu starpšūnu vielas;

4) citu šūnu atpazīšana: kā daļa no šūnu membrānām, ja atdalītās aknu šūnas tiek sajauktas ar nieru šūnām, tās neatkarīgi sadalīsies divās grupās viena veida šūnu mijiedarbības dēļ.

Lipīdi (lipoīdi, tauki)

Pie lipīdiem pieder dažādi tauki, taukiem līdzīgas vielas, fosfolipīdi... Tie visi nešķīst ūdenī, bet šķīst hloroformā, ēterī...

Atrodoties dabā: dzīvnieku un cilvēku šūnās šūnu membrānā; starp šūnām atrodas zemādas tauku slānis.

Funkcijas:

1) siltumizolācija (vaļiem, roņveidīgajiem...);

2) rezerves barības viela;

3) enerģija: enerģija izdalās tauku hidrolīzes laikā;

4) strukturāls: daži lipīdi kalpo kā šūnu membrānu neatņemama sastāvdaļa.

Tauki kalpo arī kā enerģijas avots cilvēka ķermenim. Ķermenis tos uzglabā “rezervē”, un tie kalpo kā ilgtermiņa enerģijas avots. Turklāt taukiem ir zema siltumvadītspēja un tie aizsargā organismu no hipotermijas. Nav pārsteidzoši, ka ziemeļu tautu tradicionālajā uzturā ir tik daudz dzīvnieku tauku. Cilvēkiem, kas nodarbojas ar smagu fizisku darbu, arī visvieglāk (lai gan ne vienmēr veselīgāk) iztērēto enerģiju ir arī kompensēt ar treknu pārtiku. Tauki ir daļa no šūnu sieniņām, intracelulāriem veidojumiem un nervu audiem. Vēl viena tauku funkcija ir nodrošināt ķermeņa audus ar taukos šķīstošiem vitamīniem un citām bioloģiski aktīvām vielām.

Vāveres

Zīmējums - proteīna molekula

Vāveres– biopolimēri, kuru monomēri ir aminoskābes.

Lineāru olbaltumvielu molekulu veidošanās notiek aminoskābju savstarpējās reakcijas rezultātā.

Olbaltumvielu avoti var būt ne tikai dzīvnieku izcelsmes produkti (gaļa, zivis, olas, biezpiens), bet arī augu produkti, piemēram, pākšaugi (pupas, zirņi, sojas pupas, zemesrieksti, kas satur līdz 22-23% no svara olbaltumvielas) , rieksti un sēnes . Tomēr visvairāk olbaltumvielu ir sierā (līdz 25%), gaļas produktos (cūkgaļa 8–15%, jēra gaļa 16–17%, liellopa gaļa 16–20%), mājputnu gaļa (21%), zivs (13–21%). , olas (13%), biezpiens (14%). Piens satur 3% olbaltumvielu, bet maize - 7–8%. Graudaugu vidū proteīnu čempions ir griķi (13% olbaltumvielu sausos graudaugos), tāpēc tos ieteicams lietot diētiskā uzturā. Lai izvairītos no “pārmērībām” un tajā pašā laikā nodrošinātu normālu organisma darbību, pirmkārt, ar pārtiku cilvēkam ir jādod pilns olbaltumvielu komplekts. Ja uzturā nav pietiekami daudz olbaltumvielu, pieaugušais izjūt spēka zudumu, viņa darbaspējas samazinās, un viņa ķermenis ir mazāk izturīgs pret infekcijām un saaukstēšanos. Kas attiecas uz bērniem, ja viņiem ir nepietiekams olbaltumvielu uzturs, viņi ļoti atpaliek attīstībā: bērni aug, un olbaltumvielas ir galvenais dabas “celtniecības materiāls”. Katra dzīvā organisma šūna satur olbaltumvielas. Cilvēka muskuļi, āda, mati un nagi sastāv galvenokārt no olbaltumvielām. Turklāt olbaltumvielas ir dzīvības pamats, tās piedalās vielmaiņā un nodrošina dzīvo organismu vairošanos.

Struktūra:

primārā struktūra– lineāra, ar mainīgām aminoskābēm;

sekundārais– spirāles veidā ar vājām saitēm starp pagriezieniem (ūdeņradis);

terciārais– bumbiņā saritināta spirāle;

kvartārs– apvienojot vairākas ķēdes, kas atšķiras pēc primārās struktūras.

Funkcijas:

1) uzbūve: olbaltumvielas ir būtiska visu šūnu struktūru sastāvdaļa;

2) strukturāls: olbaltumvielas kombinācijā ar DNS veido hromosomu ķermeni, bet ar RNS - ribosomu ķermeni;

3) fermentatīvs: ķīmiskais katalizators. reakcijas veic jebkurš enzīms - proteīns, bet ļoti specifisks;

4) transports: O 2 un hormonu pārnešana dzīvnieku un cilvēku organismā;

5) regulējošs: olbaltumvielas var veikt regulējošu funkciju, ja tās ir hormoni. Piemēram, insulīns (hormons, kas atbalsta aizkuņģa dziedzera darbību) aktivizē glikozes molekulu uzņemšanu šūnās un to sadalīšanos vai uzglabāšanu šūnā. Ar insulīna trūkumu glikoze uzkrājas asinīs, attīstās diabēts;

6) aizsargājošs: svešķermeņiem nonākot organismā, rodas aizsargolbaltumvielas - antivielas, kas saistās ar svešķermeņiem, apvieno un nomāc to vitālo darbību. Šo ķermeņa pretestības mehānismu sauc par imunitāti;

7) enerģija: ar ogļhidrātu un tauku trūkumu aminoskābju molekulas var oksidēties.

Jēdziens "dzīve". Galvenās dzīvo būtņu pazīmes: uzturs, elpošana, izdalīšanās, aizkaitināmība, kustīgums, vairošanās, augšana un attīstība.

Bioloģija– zinātne par dzīvo būtņu izcelsmi un attīstību, to uzbūvi, organizācijas formām un darbības metodēm. Šobrīd bioloģisko zināšanu kompleksā ir vairāk nekā 50 zinātņu, starp tām: botānika, zooloģija, anatomija, morfoloģija, biofizika, bioķīmija, ekoloģija u.c. Šī zinātnisko disciplīnu daudzveidība ir izskaidrojama ar pētījuma objekta sarežģītību - dzīvā matērija.

No šī viedokļa īpaši svarīgi ir saprast, kādi kritēriji ir pamatā matērijas sadalīšanai dzīvajā un nedzīvajā.

Klasiskajā bioloģijā sacentās divas pretējas pozīcijas, kas fundamentāli atšķirīgi skaidro dzīvo būtību - redukcionisms un vitālisms.

Atbalstītāji redukcionisms uzskatīja, ka visus organismu dzīvības procesus var reducēt uz noteiktu ķīmisku reakciju kopumu. Jēdziens "redukcionisms" cēlies no latīņu vārda redaction — virzīties atpakaļ, atgriezties. Bioloģiskās idejas redukcionisms balstījās uz vulgāra mehāniskā materiālisma idejām, kas visplašāk izplatījās 17. un 18. gadsimta filozofijā. Mehāniskais materiālisms visus dabā notiekošos procesus skaidroja no klasiskās mehānikas likumu viedokļa. Mehāniski materiālistiskās pozīcijas pielāgošana bioloģiskajai izziņai noveda pie bioloģiskās veidošanās redukcionisms. No mūsdienu dabaszinātņu viedokļa redukcionistisku skaidrojumu nevar uzskatīt par apmierinošu, jo tas izkliedē dzīvo būtņu būtību. Visplašāk izplatīts redukcionisms saņēma 18. gadsimtā.

Redukcionisma pretstats ir vitālisms, kuras atbalstītāji dzīvo organismu specifiku skaidro ar īpaša dzīvības spēka klātbūtni tajos. Jēdziens "vitalisms" cēlies no latīņu vārda vita — dzīve. Vitalisma filozofiskais pamats ir ideālisms. Vitalisms neizskaidroja dzīvo būtņu funkcionēšanas specifiku un mehānismus, visas atšķirības starp organisko un neorganisko reducējot uz noslēpumaina un nezināma “dzīvības spēka” darbību.

Mūsdienu bioloģija par galvenajām dzīvo būtņu īpašībām uzskata:

1) neatkarīga vielmaiņa,

2) aizkaitināmība,

4) spēja vairoties,

5) mobilitāte,

6) pielāgošanās videi

Pamatojoties uz šo īpašību kopumu, dzīvās būtnes atšķiras no nedzīvām būtnēm. Bioloģiskās sistēmas- Tās ir holistiskas atvērtas sistēmas, kas pastāvīgi apmainās ar vielu, enerģiju, informāciju ar vidi un spēj pašorganizēties. Dzīvās sistēmas aktīvi reaģē uz vides izmaiņām un pielāgojas jauniem apstākļiem. Noteiktas dzīvo būtņu īpašības var būt raksturīgas arī neorganiskām sistēmām, taču nevienai no neorganiskajām sistēmām nepiemīt visas uzskaitītās īpašības.

Ir pārejas formas, kas apvieno, piemēram, dzīvā un nedzīvā īpašības vīrusi. Vārds "vīruss" atvasināts no latīņu vīrusa – indes. Vīrusi 1892. gadā atklāja krievu zinātnieks D. Ivanovskis. No vienas puses, tās sastāv no olbaltumvielām un nukleīnskābēm un spēj pašatvairot, t.i. ir dzīvu organismu pazīmes, bet, no otras puses, ārpus sveša organisma vai šūnas tiem nav dzīvu būtņu pazīmju - tiem nav sava vielmaiņas, tie nereaģē uz stimuliem, kā arī nav spējīgi augt un vairoties.

Visām dzīvajām būtnēm uz Zemes ir vienāds bioķīmiskais sastāvs: 20 aminoskābes, 5 slāpekļa bāzes, glikoze, tauki. Mūsdienu organiskā ķīmija zina vairāk nekā 100 aminoskābes. Acīmredzot tik mazs savienojumu skaits, kas veido visu dzīvo būtņu, ir atlases rezultāts, kas notika prebioloģiskās evolūcijas stadijā. Olbaltumvielas, kas veido dzīvās sistēmas, ir lielmolekulārie organiskie savienojumi. Jebkurā olbaltumvielā aminoskābju secība vienmēr ir vienāda. Lielākā daļa olbaltumvielu darbojas kā fermenti - katalizatori ķīmiskām reakcijām, kas notiek dzīvās sistēmās.

Nozīmīgs klasiskās bioloģijas sasniegums bija dzīvo organismu šūnu struktūras teorijas izveide. Mūsdienu bioloģisko zināšanu kompleksā ir atsevišķa disciplīna, kas nodarbojas ar šūnu izpēti - citoloģija.

Jēdzienu “šūna” zinātniskā lietošanā ieviesa angļu botāniķis R. Huks 1665. gadā. Izpētot žāvētā korķa barotni, viņš atklāja daudzas šūnas vai kameras, kuras viņš sauca par šūnām. Tomēr no šī atklājuma brīža līdz šūnu teorijas radīšanai pagāja divi gadsimti.

1837. gadā vācu botāniķis M. Šleidens ierosināja augu šūnu veidošanās teoriju. Pēc Šleidena domām, šūnu kodolam ir svarīga loma šūnu vairošanās procesā un attīstībā, kuras esamību 1831. gadā konstatēja R. Brauns.

1839. gadā M. Šleidena tautietis, anatoms T. Švāns, balstoties uz eksperimentāliem datiem un teorētiskiem secinājumiem, izveidoja šūnu teoriju par dzīvo organismu uzbūvi. Šūnu teorijas izveide 19. gadsimta vidū bija nozīmīgs solis bioloģijas kā neatkarīgas zinātnes disciplīnas izveidē.

Šūnu teorijas pamatprincipi

1. Šūna ir elementāra bioloģiskā vienība, visas dzīvās būtnes strukturālais un funkcionālais pamats.

2. Šūna veic neatkarīgu vielmaiņu, ir spējīga dalīties un pašregulēties.

3. Jaunu šūnu veidošanās no nešūnu materiāla nav iespējama tikai šūnu dalīšanās ceļā.

Šūnu teorija par dzīvo organismu uzbūvi ir kļuvusi par pārliecinošu argumentu par labu idejai par dzīvības rašanās vienotību uz Zemes un ir būtiski ietekmējusi mūsdienu zinātniskā pasaules attēla veidošanos.

Ekskrēcijas funkcijas veic kuņģa-zarnu trakts; ārējie elpošanas orgāni; sviedru, tauku, asaru, piena un citu dziedzeru, kā arī nieres (1.14. att.), ar kuru palīdzību no organisma tiek izvadīti sabrukšanas produkti.

Rīsi. 1.14.

Svarīgs ekskrēcijas sistēmas orgāns ir nieres, kas tieši iesaistītas ūdens un minerālvielu metabolisma regulēšanā, nodrošina skābju-bāzes līdzsvaru (balansu) organismā, veido bioloģiski aktīvas vielas, piemēram, renīnu, kas ietekmē asinsspiedienu. līmeņi.

Cilvēka ķermeņa ķīmiskā uzbūve

Cilvēka ķermenis satur organiskas un neorganiskas vielas. Ūdens veido 60% no ķermeņa svara, un minerālvielas vidēji 4%. Organiskās vielas galvenokārt pārstāv olbaltumvielas (18%), tauki (15%), ogļhidrāti (2-3%). Visas ķermeņa vielas, kā arī nedzīvā daba ir veidotas no dažādu ķīmisko elementu atomiem.

No 110 zināmajiem ķīmiskajiem elementiem cilvēka organismā ir galvenokārt 24 (1.2. tabula). Atkarībā no to daudzuma organismā ķīmiskos elementus iedala pamata, makro, mikro un ultramikroelementos.

Ņemiet vērā, ka atsevišķi ķīmiskie elementi dažādos cilvēka ķermeņa orgānos un audos uzkrājas nevienmērīgi. Piemēram, kaulaudos uzkrājas kalcijs un fosfors, asinīs - dzelzs, vairogdziedzeris - jods, aknas - varš, āda - stroncijs utt.

Ķermeņa ķīmisko elementu kvantitatīvais un kvalitatīvais sastāvs ir atkarīgs gan no ārējās vides faktoriem (uzturs, ekoloģija u.c.), gan no atsevišķu orgānu funkcijām.

Makroelementi un to nozīmi organismā nosaka tas, ka tie ir nepieciešami daudzu bioloģisko īstenošanai

1.2. tabula

Ķīmiskie elementi, kas veido cilvēka ķermeni

(pēc N. I. Volkova teiktā)

	Ķīmiskais elements
Pamata	Skābeklis (O)		Kopā 99,9%
elementi	Ogleklis (C)
	Ūdeņradis (H) Slāpeklis (N)
Makroelementi	Kalcijs (Ca)
	Fosfors (P)
	Nātrijs (Na)
	Magnijs (Mg)
Mikro un ultra
mikroelementi	Fluors (F) Silīcijs (Si) Vanādijs (V) Hroms (Cr) Mangāns (Mn) Dzelzs (Fe) Kobalts (Co) Varš (Cu) Cinks (Zn) Selēns (Se)
	Molibdēns (Mo) jods (J)

ķīmiskie procesi. Tie ir būtiski uztura faktori, jo organismā tie netiek ražoti. Minerālvielu saturs ir salīdzinoši zems (4-10% no sausnas ķermeņa masas) un ir atkarīgs no organisma funkcionālā stāvokļa, vecuma, uztura stāvokļa un vides apstākļiem.

Kalcijs cilvēka organismā veido 40% no kopējā visu minerālvielu daudzuma. Tā ir daļa no zobiem un kauliem, piešķirot tiem spēku. Kalcija plūsmas samazināšanās ķermeņa audos izraisa tā izdalīšanos no kauliem, kas izraisa to spēka samazināšanos (osteoporozi), kā arī nervu sistēmas, asinsrites, tostarp muskuļu darbības traucējumus.

Fosfors veido 22% no visu minerālvielu daudzuma. Apmēram 80% no tā daudzuma atrodas audos kalcija fosfāta veidā. Fosforam ir svarīga loma enerģijas veidošanās procesos, jo fosforskābes atlieku veidā tas ir iekļauts enerģijas avotu sastāvā - ATP, ADP, CrP, dažādi nukleotīdi, kā arī ūdeņraža nesēju un dažu citu vielu sastāvā. vielmaiņas produkti.

Nātrijs un kālijs atrodams visos ķermeņa audos un šķidrumos. Kālijs pārsvarā atrodas šūnu iekšienē, nātrijs – ārpusšūnu telpā. Abi ir iesaistīti nervu impulsu vadīšanā, audu stimulācijā, osmotiskā asinsspiediena (osmotiski aktīvo jonu) veidošanā, skābju-bāzes līdzsvara uzturēšanā, kā arī ietekmē enzīmu Naf, Kf, ATPase darbību. Šie elementi regulē ūdens apmaiņu organismā: nātrija joni aiztur ūdeni audos un izraisa olbaltumvielu pietūkumu (koloīdu veidošanos), kas izraisa tūsku; Kālija joni, gluži pretēji, uzlabo nātrija un ūdens izdalīšanos no organisma. Nātrija un kālija nepietiekamība organismā izraisa centrālās nervu sistēmas, muskuļu saraušanās aparāta, sirds un asinsvadu un gremošanas sistēmu darbības traucējumus, kas izraisa fiziskās veiktspējas samazināšanos.

Magnijsķermeņa audos ir noteiktā proporcijā ar kalciju. Tas ietekmē enerģijas metabolismu, olbaltumvielu sintēzi, jo tas ir daudzu enzīmu aktivators, ko sauc kināzes un veic fosfātu grupas pārvietošanas funkciju no ATP molekulas uz dažādiem substrātiem. Magnijs ietekmē arī muskuļu uzbudināmību un palīdz izvadīt no organisma holesterīnu.

Tā trūkums izraisa paaugstinātu neiromuskulāro uzbudināmību, krampju parādīšanos un muskuļu vājumu.

Hlors attiecas uz osmotiski aktīvajām vielām un ir iesaistīts osmotiskā spiediena regulēšanā un ķermeņa šūnu ūdens metabolismā, ko izmanto sālsskābes (HC1) veidošanai - būtiska kuņģa sulas sastāvdaļa. Hlora trūkums organismā var izraisīt asinsspiediena pazemināšanos, veicināt miokarda infarktu, kā arī nogurumu, aizkaitināmību un miegainību.

Mikro- un ultra-mikroelementi. Dzelzs spēlē ļoti nozīmīgu lomu aerobās enerģijas veidošanās procesos organismā. Tā ir daļa no proteīniem hemoglobīns un mioglobīns, kas transportē 0 2 un CO 2 organismā, kā arī citohromi - elpošanas ķēdes komponenti, kuros notiek bioloģiskās oksidācijas un LTP veidošanās procesi. Dzelzs trūkums organismā izraisa hemoglobīna veidošanās traucējumus un tā koncentrācijas samazināšanos asinīs. Tas var izraisīt dzelzs deficīta anēmijas attīstību, asins skābekļa kapacitātes samazināšanos un strauju fiziskās veiktspējas samazināšanos.

Cinks ir daļa no daudziem enerģijas metabolisma enzīmiem, kā arī karboanhidrāzes enzīmiem, kas katalizē H 2 CO 3 un laktātdehidrogenāzes apmaiņu, kas regulē pienskābes oksidatīvo sadalīšanos. Tas piedalās insulīna proteīna - aizkuņģa dziedzera hormona - aktīvās struktūras veidošanā un pastiprina hipofīzes (gonadotropo) un dzimumdziedzeru hormonu (testosterona, estrogēna) ietekmi uz proteīnu sintēzes procesiem. Cinka deficīts var izraisīt novājinātu imunitāti, apetītes zudumu un lēnākus augšanas procesus.

Varš veicina ķermeņa augšanu, uzlabo asinsrades procesus, ietekmē glikozes oksidācijas un glikogēna sadalīšanās ātrumu. Tas ir daļa no elpošanas ķēdes enzīmiem, palielina lipāzes, pepsīna un citu enzīmu aktivitāti.

Mangāns, kobalts, hroms organisms tos izmanto kā daudzu enzīmu aktivatorus, kas piedalās ogļhidrātu, olbaltumvielu, lipīdu metabolismā, holesterīna sintēzē, ietekmē asinsrades procesus un paaugstina organisma aizsargspējas. Hroms arī uzlabo olbaltumvielu sintēzi, parādot anabolisku efektu. Mangāns ir iesaistīts C vitamīna sintēzē, kas ir ļoti svarīgs sportistiem.

Jods nepieciešami vairogdziedzera hormonu - tiroksīna un tā atvasinājumu - uzbūvei. Tā trūkums organismā izraisa vairogdziedzera slimības (endēmisko goitu): 150 mcg apmierina organisma ikdienas vajadzību pēc joda.

Fluors ir daļa no zobu emaljas un dentīna. Tās pārpalikums nomāc audu elpošanas un taukskābju oksidēšanās procesus. Nepietiekams fluora daudzums izraisa zobu slimības (kariesu), un pārpalikums izraisa emaljas iekrāsošanos (fluorozi).

Selēns piemīt antioksidanta iedarbība, t.i. aizsargā šūnas no pārmērīgas lipīdu peroksidācijas, kas izraisa kaitīgo ūdeņraža peroksīdu uzkrāšanos audos. Jaunākie pētījumi liecina, ka selēns stiprina imūnsistēmu un novērš vēža šūnu rašanos, kā arī ir iesaistīts ģenētiskās informācijas nodošanā.

Neorganiskās vielas un to loma šūnā

Ūdens. No neorganiskajām vielām, kas veido šūnu, vissvarīgākā ir ūdens. Tās daudzums svārstās no 60 līdz 95% no kopējās šūnu masas. Ūdenim ir būtiska loma šūnu un dzīvo organismu dzīvē kopumā. Papildus tam, ka tā ir daļa no to sastāva, daudziem organismiem tā ir arī dzīvotne.

Ūdens lomu šūnā nosaka tā unikālās ķīmiskās un fizikālās īpašības, kas galvenokārt saistītas ar tā molekulu mazo izmēru, molekulu polaritāti un spēju veidot ūdeņraža saites savā starpā.

Ūdens kā bioloģisko sistēmu sastāvdaļa veic šādas būtiskas funkcijas:

Ūdens ir universāls šķīdinātājs polārām vielām, piemēram, sāļiem, cukuriem, spirtiem, skābēm utt. Vielas, kas labi šķīst ūdenī, sauc par hidrofilām. Vielai nonākot šķīdumā, tās molekulas vai joni spēj kustēties brīvāk; Attiecīgi palielinās vielas reaktivitāte. Šī iemesla dēļ lielākā daļa ķīmisko reakciju šūnā notiek ūdens šķīdumos. Tās molekulas piedalās daudzās ķīmiskās reakcijās, piemēram, polimēru veidošanā vai hidrolīzē. Fotosintēzes procesā ūdens ir elektronu donors, ūdeņraža jonu un brīvā skābekļa avots.

Ūdens nešķīst nepolāras vielas un nesajaucas ar tām, jo ​​nevar izveidot ar tām ūdeņraža saites. Vielas, kas nešķīst ūdenī, sauc par hidrofobām. Hidrofobās molekulas vai to daļas atgrūž ūdens, un tā klātbūtnē tās pievelkas viena otrai. Šādai mijiedarbībai ir svarīga loma membrānu, kā arī daudzu olbaltumvielu molekulu, nukleīnskābju un vairāku subcelulāru struktūru stabilitātes nodrošināšanā.

Ūdenim ir augsta īpatnējā siltumietilpība. Lai pārrautu ūdeņraža saites, kas satur kopā ūdens molekulas, ir nepieciešams absorbēt lielu enerģijas daudzumu. Šī īpašība nodrošina ķermeņa siltuma līdzsvara saglabāšanu būtisku temperatūras izmaiņu laikā vidē. Turklāt ūdenim ir augsta siltumvadītspēja, kas ļauj ķermenim uzturēt vienādu temperatūru visā tā tilpumā.

Ūdenim raksturīgs augsts iztvaikošanas siltums, t.i., molekulu spēja novadīt ievērojamu daudzumu siltuma, vienlaikus atdzesējot ķermeni. Pateicoties šai ūdens īpašībai, kas izpaužas svīšanas laikā zīdītājiem, termiskai elpas trūkumam krokodiliem un citiem dzīvniekiem un transpirācijai augos, tiek novērsta pārkaršana.

Ūdenim raksturīgs ārkārtīgi augsts virsmas spraigums. Šī īpašība ir ļoti svarīga adsorbcijas procesiem, šķīdumu kustībai pa audiem (asinsrite, augošā un lejupejošā strāva augos). Daudziem maziem organismiem virsmas spraigums ļauj tiem peldēt pa ūdeni vai slīdēt pa tā virsmu.

Ūdens nodrošina vielu kustību šūnā un organismā, vielu uzsūkšanos un vielmaiņas produktu izvadīšanu.

Augos ūdens nosaka šūnu turgoru, un dažiem dzīvniekiem tas veic atbalsta funkcijas, būdams hidrostatiskais skelets (apaļie un annelīdi, adatādaiņi).

Ūdens ir neatņemama eļļošanas šķidrumu (sinoviālā - mugurkaulnieku locītavās, pleiras - pleiras dobumā, perikarda - perikarda maisiņā) un gļotu (atvieglo vielu kustību caur zarnām, rada mitru vidi uz gļotādas) sastāvdaļa. elpceļu membrānas). Tā ir daļa no siekalām, žults, asarām, spermas utt.

Minerālsāļi. Neorganiskās vielas šūnā, izņemot ūdeni, izgulsnējas ar minerālsāļiem. Sāls molekulas ūdens šķīdumā sadalās katjonos un anjonos. Svarīgākie ir katjoni (K+, Na+, Ca2+, Mg:+, NH4+) un anjoni (C1, H2P04 -, HP042-, HC03 -, NO32--, SO4 2-) Ne tikai saturs, bet arī attiecība jonu daudzums būrī ir nozīmīgs.

Atšķirība starp katjonu un anjonu daudzumu uz virsmas un šūnas iekšpusē nodrošina darbības potenciāla rašanos, kas ir nervu un muskuļu uzbudinājuma rašanās pamatā. Jonu koncentrāciju atšķirība dažādās membrānas pusēs nosaka vielu aktīvo pārnesi pa membrānu, kā arī enerģijas pārveidi.

Fosforskābes anjoni veido fosfātu bufersistēmu, kas uztur ķermeņa intracelulārās vides pH 6,9.

Ogļskābe un tās anjoni veido bikarbonāta bufersistēmu, kas uztur ārpusšūnu vides (asins plazmas) pH 7,4.

Daži joni ir iesaistīti fermentu aktivācijā, osmotiskā spiediena radīšanā šūnā, muskuļu kontrakcijas procesos, asins recēšanas u.c.

Svarīgu organisko vielu (piemēram, fosfolipīdu, ATP, nukleotīdu, hemoglobīna, hemocianīna, hlorofila uc), kā arī aminoskābju sintēzei ir nepieciešami vairāki katjoni un anjoni, kas ir slāpekļa un sēra atomu avoti.