ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ОРГАНИЗМА. БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ S-, Р- И D- ЭЛЕМЕНТОВ. ВОДА.
Основными компонентами химического состава организма человека являются белки, жиры, углеводы, вода и минеральные вещества , при этом наибольшая часть приходится на долю воды.
• ВОДА.Это самое распространенное и самое аномальное соединение на земном шаре. Вода - вечный минерал, т.к. является очень стойким соединением и ее количество на земном шаре не изменяется. Вода может находиться в различных агрегатных состояниях:
• твердом;
• жидком;
• газообразном.
При нагревании вода закипает, превращаясь в пар, который заметно не разлагается даже при температуре 1000° С, при охлаждении вновь дает воду, а если понижать температуру дальше, то образуется лед, который при таянии снова дает воду.
Вода обладает необычайными физико-химическими свойствами, которые отличают ее от всех других веществ. Вода - принята за эталон физических констант для всех других веществ.
Вода обладает следующими свойствами, необходимыми для биологических объектов:
1. Большой теплоемкостью. Это значит, что существенное увеличение тепловой энергии вызывает лишь сравнительно небольшое повышение ее температуры. Благодаря этому биохимические процессы протекают в меньшем интервале температур;
2. Большой теплотой испарения. Энергия, необходимая молекулам воды для испарения, черпается из их окружения, таким образом, испарение сопровождается охлаждением;
3.Большой теплотой плавления;
4. Единственное вещество, обладающее в жидком состоянии боль шей плотностью, чем в твердом;
5.Большим поверхностным натяжением и когезией (так называемым слипанием молекул);
б.Многообразием участия в процессах метаболизма как peaгента:
• служит универсальным растворителем во внеклеточном, клеточном пространствах, во всех биосредах организма;
• участвует в гидролитических реакциях распада биополимеров;
• служит реагентом в анаболических процессах;
• выполняет электрон - донорную функцию для реакций.
В организме человека и животных вода распределена в нескольких жидкостных фазах. У взрослого человека количество воды составляет около 60 % массы тела, у мужчин по сравнению с женщинами содержание воды больше из-за меньшего количества жира. Из общего количества воды, принимаемого за 100 %, внутри клеток находится 55 %, во внеклеточной жидкости - 45 % . Последняя включает воду, содержащуюся в плазме крови, межклеточной жидкости, в костях и плотной соединительной ткани. Часть воды входит в состав жидкостей, секретируемых специальными клетками. Это, например, спинно-мозговая, внутриглазная жидкости, а также секреты, выделяемые железами в просвет желудочно-кишечного тракта. Всасывание воды, поступающей в составе пищи, происходит по всему желудочно-кишечному тракту. Основное же ее количество реабсорбируется в тонком кишечнике.
Выведение воды из организма осуществляется с мочой, калом, потом и при дыхании.
Почки являются основным органом выведения воды и электролитов из организма. С мочой теряется около 1,5 л воды в сутки. Эти потери условно подразделяют на обязательные и факультативные. Обязательные - составляют то наименьшее количество жидкости (0,5 л), с которой в максимальной концентрации удаляются продукты обмена. Это количество не зависит от степени гидратации организма. Факультативные или управляемые потери (0,8 - 1,3 л) варьируют в зависимости от степени гидратации организма и состояния нейроэндокринных механизмов регуляции диуреза. Потеря воды через желудочно-кишечный тракт не превышает 0,1 л в сутки. Потеря воды с потом и при дыхании составляет около 1 л в сутки. Зависит от степени гидратации организма, температуры окружающей среды, физической нагрузки.
Регуляция водно-солевого обмена обеспечивается ЦНС, эндокринной системой и почками при ведущей роли ЦНС. Повышение осмолярности плазмы через ЦНС вызывает усиленное выделение гормона задней доли гипофиза - вазопрессина, который уменьшает выведение воды из организма за счет реабсорбции воды в почечных канальцах. Вода, задерживаясь в организме, снижает осмотическое давление, вследствие чего прекращается секреция вазопрессина. Гиперпродукция гормона приводит к накоплению жидкости в организме и отекам, а гипопродукция вызывает усиленное выделение жидкости из организма, вплоть до мочеизнурения (несахарный диабет). На водный обмен влияет также гормон альдостерон, секретируемый клубочковым слоем коры надпочечников. Его действие связано с влиянием на уровень натрия в плазме крови. Снижение концентрации натрия приводит к падению осмотического давления плазмы и к усилению потери воды из организма. Гипонатриемия стимулирует секрецию альдостерона, он усиливает обратимое всасывание натрия в почках и, следовательно, способствует задержанию воды в организме. Гипернатриемия тормозит выделение альдостерона. Почки участвуют в регуляции объема воды в организме своими физиологическими функциями - процессами фильтрации и реабсорбции воды и минеральных солей, синтезом и секрецией ряда веществ. В почках продуцируется гормон ренин. Усиливается его секреция при уменьшении объема внутрисосудистой жидкости и снижении артериального давления. Ренин способствует мобилизации в сосудистое русло тканевой жидкости и нормализации артериального давления, необходимого для физиологического течения процессов фильтрации мочи в нефроне.
Общая концентрация растворенных веществ, определяющих осмоляльность жидкости (или ее осмотическое давление), практически одинакова в клетках и окружающей их внеклеточной жидкости. Однако эти жидкости принципиально отличаются друг от друга по концентрации отдельных ионов, что имеет большое значение для нормального функционирования живых клеток.
МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА,Элементы, необходимые для построения и жизнедеятельности различных клеток и организмов, называют биогенными элементами. Основу живых систем составляют только семь элементов: углерод, водород, кислород, азот, фосфор, сера, кальций, называемых органогенами.Эти элементы составляют в организме 97,4 %. Из всех известных на сегодняшний день элементов только для 24 установлена биогенность.
Все минеральные вещества, содержащиеся в организме человека, можно разделить на 4 группы:
1.Макробиогенные- содержание которых в организме выше 1% (О, С, N, Н, Са, Р);
2.Олигобиогенные- содержание которых от 0,1 до 1 % (К, Na, Cl, S, Mg, Fe);
3. Микробиогенные- содержание которых ниже 0,1 % (Zn, Mn, Со, Сu, F, Вг, I);
4.Ультрамикробиогенные- содержание которых 104 - 10'6 %.
Органы человека по-разному концентрируют в себе различные химические элементы, они неравномерно распределяются по разным органам и тканям. В организме элементы могут находиться как в связанном состоянии, так и в виде свободных ионных форм.
Биологическая роль химических элементов в организме человека чрезвычайно разнообразна.
Главная функция макробиогенных элементов:
• построение тканей;
• поддержание постоянства осмотического давления;
• ионного и кислотно-основного состава.
Олигобиогенные и микробиогенные элементы, входя в состав ферментов, гормонов, витаминов, биологически активных веществ, в качестве комплексообразователей или активаторов, участвуют в процессах размножения; в обмене веществ, включая:
• тканевое дыхание,
• обезвреживание токсических веществ; влияют на процессы кроветворения; окисления - восстановления, проницаемость сосудов и тканей.
Кальций, фосфор, фтор, йод, алюминий, кремний определяют формирование костной и зубной тканей.
Содержание некоторых элементов в организме человека меняется с возрастом. Выявлено немало заболеваний, связанных с недостатком или избыточным накоплением различных биогенных элементов. Дефицит фтора вызывает кариес, дефицит йода - эндемический зоб, избыток молибдена -эндемическую подагру. Такого рода закономерности связаны с тем, что в организме человека поддерживается баланс оптимальных концентраций биогенных элементов - химический гомеостаз.
Недостаток в пищевом рационе минеральных веществ приводит к серьезным последствиям для здоровья человека. Однако, для организма вреден не только недостаток, но и избыток биогенных элементов, так как при этом нарушается химический гомеостаз. Минеральные компоненты, которые в ничтожно малых количествах являются жизненно необходимыми, при более высоких концентрациях становятся токсичными. Наряду с заболеваниями, вызванными загрязнением окружающей среды, существуют заболевания, связанные с аномальным содержанием некоторых элементов в той или иной географической зоне, называемые эндемическими. Существуют биогеохимические провинции с пониженным и повышенным содержанием в них какого-либо элемента.
Общая характеристика s-элементов.К блоку s-элементов относятся 13 элементов, общим для которых является застраивание в их атомах s-подуровня внешнего энергетического уровня. Как следует из электронных формул, элементы IA - группы (Li, Na, К, Rb, Cs, Fr) имеют на внешнем энергетическом уровне по одному s-электрону, а элементы ПА- группы (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra) - по два электрона. Химические свойства элементов IA и ПА групп сходны. Они являются сильными восстановителями. Элементные вещества - типичные металлы, обладающие блеском, высокой электрической проводимостью, химически весьма активны.