Химические элементы макроэлементы. I.2. Химический состав клетки. Микро и макро элементы
Обычно 70–80 % массы клетки составляет вода, в которой растворены разнообразные соли и низкомолекулярные органические соединения. Наиболее характерные компоненты клетки – белки и нуклеиновые кислоты. Некоторые белки являются структурными компонентами клетки, другие – ферментами, т.е. катализаторами, определяющими скорость и направление протекающих в клетках химических реакций. Нуклеиновые кислоты служат носителями наследственной информации, которая реализуется в процессе внутриклеточного синтеза белков. Часто клетки содержат некоторое количество запасных веществ, служащих пищевым резервом. Растительные клетки в основном запасают крахмал – полимерную форму углеводов. В клетках печени и мышц запасается другой углеводный полимер – гликоген. К часто запасаемым продуктам относится также жир, хотя некоторые жиры выполняют иную функцию, а именно служат важнейшими структурными компонентами. Белки в клетках (за исключением клеток семян) обычно не запасаются. Описать типичный состав клетки не представляется возможным прежде всего потому, что существуют большие различия в количестве запасаемых продуктов и воды. В клетках печени содержится, например, 70% воды, 17% белков, 5% жиров, 2% углеводов и 0,1% нуклеиновых кислот; оставшиеся 6% приходятся на соли и низкомолекулярные органические соединения, в частности аминокислоты. Растительные клетки обычно содержат меньше белков, значительно больше углеводов и несколько больше воды; исключение составляют клетки, находящиеся в состоянии покоя. Покоящаяся клетка пшеничного зерна, являющегося источником питательных веществ для зародыша, содержит около 12% белков (в основном это запасаемый белок), 2% жиров и 72% углеводов. Количество воды достигает нормального уровня (70–80%) только в начале прорастания зерна. Каждая клетка содержит множество химических элементов, участвующих в различных химических реакциях. Химические процессы, протекающие в клетке - одно из основных условий её жизни, развития и функционирования. Одних химических элементов в клетке больше, других - меньше. На атомарном уровне различий между органическим и неорганическим миром живой природы нет: живые организмы состоят из тех же атомов, что и тела неживой природы. Однако соотношение разных химических элементов в живых организмах и в земной коре сильно различается. Кроме того, живые организмы могут отличаться от окружающей их среды по изотопному составу химических элементов. Условно все элементы клетки можно разделить на три группы:
Макроэлементы. К макроэлементам относят кислород (65-75 %), углерод (15-18 %), водород (8-10 %), азот (2,0-3,0 %), калий (0,15-0,4 %), сера (0,15-0,2 %), фосфор (0,2-1,0 %), хлор (0,05-0,1 %), магний (0,02-0,03 %), натрий (0,02-0,03 %), кальций (0,04-2,00 %), железо (0,01-0,015 %). Такие элементы, как C, O, H, N, S, P входят в состав органических соединений. Углерод - входит в состав всех органических веществ; скелет из атомов углерода составляет их основу. Кроме того, в виде CO2 фиксируется в процессе фотосинтеза и выделяется в ходе дыхания, в виде CO (в низких концентрациях) участвует в регуляции клеточных функций, в виде CaCO3 входит в состав минеральных скелетов. Кислород - входит в состав практически всех органических веществ клетки. Образуется в ходе фотосинтеза при фотолизе воды. Для аэробных организмов служит окислителем в ходе клеточного дыхания, обеспечивая клетки энергией. В наибольших количествах в живых клетках содержится в составе воды. Водород - входит в состав всех органических веществ клетки. В наибольших количествах содержится в составе воды. Некоторые бактерии окисляют молекулярный водород для получения энергии. Азот - входит в состав белков, нуклеиновых кислот и их мономеров - аминокислот и нуклеотидов. Из организма животных выводится в составе аммиака, мочевины, гуанина или мочевой кислоты как конечный продукт азотного обмена. В виде оксида азота NO (в низких концентрациях) участвует в регуляции кровяного давления. Сера - входит в состав серосодержащих аминокислот, поэтому содержится в большинстве белков. В небольших количествах присутствует в виде сульфат-Иона в цитоплазме клеток и межклеточных жидкостях. Фосфор - входит в состав АТФ, других нуклеотидов и нуклеиновых кислот (в виде остатков фосфорной кислоты), в состав костной ткани и зубной эмали (в виде минеральных солей), а также присутствует в цитоплазме и межклеточных жидкостях (в виде фосфат-ионов). Магний - кофактор многих ферментов, участвующих в энергетическом обмене и синтезе ДНК; поддерживает целостность рибосом и митохондрий, входит в состав хлорофилла. В животных клетках необходим для функционирования мышечных и костных систем. Кальций - участвует в свёртывании крови, а также служит одним из универсальных вторичных посредников, регулируя важнейшие внутриклеточные процессы (в том числе участвует в поддержании мембранного потенциала, необходим для мышечного сокращения и экзоцитоза). Нерастворимые соли кальция участвуют в формировании костей и зубов позвоночных и минеральных скелетов беспозвоночных. Натрий - участвует в поддержании мембранного потенциала, генерации нервного импульса, процессы осморегуляции (в том числе работу почек у человека) и создании буферной системы крови. Калий - участвует в поддержании мембранного потенциала, генерации нервного импульса, регуляции сокращения сердечной мышцы. Содержится в межклеточных веществах. Хлор - поддерживает электронейтральность клетки.
Микроэлементы: К микроэлементам, составляющим от 0,001 % до 0,000001 % массы тела живых существ, относят ванадий, германий, йод (входит в состав тироксина, гормона щитовидной железы), кобальт (витамин В12), марганец, никель, рутений, селен, фтор (зубная эмаль), медь, хром, цинк Цинк - входит в состав ферментов, участвующих в спиртовом брожении, в состав инсулина. Медь - входит в состав окислительных ферментов, участвующих в синтезе цитохромов. Селен - участвует в регуляторных процессах организма.
Ультрамикроэлементы. Ультрамикроэлементы составляют менее 0,0000001 % в организмах живых существ, к ним относят золото, серебро оказывают бактерицидное воздействие, ртуть подавляет обратное всасывание воды в почечных канальцах, оказывая воздействие на ферменты. Так же к ультрамикроэлементам относят платину и цезий. Некоторые к этой группе относят и селен, при его недостатке развиваются раковые заболевания. Функции ультрамикроэлементов еще мало понятны. Молекулярный состав клетки (таб №1)
Государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
<<Ивановская государственная медицинская академия>>
Министерства здравоохранения Российской Федерации
Кафедра химии
Дисциплина <<Химия>>
Реферат
МАКРОЭЛЕМЕНТЫ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. ОТДЕЛЬНЫЕ ПРЕДСТАВИТЕЛИ. ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ОРГАНИЗМА.
Выполнила студентка 1 курса 5 группы
Лечебного факультета Дадашева У.А
Проверила: Алексахина Е.Л
Иваново 2014
Введение
Все мы состоим из органов, органы - из тканей, ткани - из клеток, клетки - из молекул, а молекулы - из атомов. Атомы же составляют Периодическую систему химических элементов Д. Менделеева.
Таким образом, путём несложных логических умозаключений по принципу «матрёшки», приходим к выводу, что физическое тело человека есть ни что иное, как набор химических элементов, существующих в природе.
Естественно предположить, что недостаток или избыток одного из них, а тем более нескольких, приводит к нарушению баланса - по-научному, гомеостаза - в организме. Если этот дисбаланс продолжается долго возникает, то или иное заболевание.
Химические элементы, которые составляют наш организм, называются микроэлементами. Однако в научном мире этот термин делят на три пункта: макроэлементы, микроэлементы и ультра микроэлементы.
Я же хочу подробно рассказать про макроэлементы и заболевания, связанные с избытком этих элементов.
Макроэлементы
Макроэлементы - химические элементы, содержащийся в теле живых организмов в концентрации от 0.001% до 70%. К макроэлементам относятся: кислород, водород, углерод, азот, фосфор, калий, кальций, сера, магний, натрий, хлор, железо и др.
Натрий и хлор (Na и Cl)
Натрий и хлор - это сама жизнь. Более того - это соль нашей жизни в прямом и переносном значении данного слова, ведь химическая формула поваренной соли состоит из этих двух элементов (NaCl).
Основой крови любого живого организма является солевой раствор слабой концентрации; в состав желудочного сока тоже входит соль; даже негативные наши эмоциональные излияния - слёзы - солены на вкус.Без соли нельзя приготовить ни одно блюдо так, чтобы оно было вкусным. Лишь при некоторых определённых заболеваниях врачи рекомендуют бессолевую диету (например, при тяжёлых болезнях почек).
Натрий – жизненно необходимый внутриклеточный и межклеточный элемент, электролит, стабилизирующий кровяное давление, поддерживающий буферность крови на нужном уровне, регулирующий почечную деятельность, работу мышечной и нервной ткани, активизирующий пищеварительные ферменты.Натрий поддерживает нормальную сократимость мышц, тонус сосудистых стенок, процессы возбудимости и расслабления. В костной ткани депонируется до 30% натрия, примерно столько же его в клеточной системе организма.Суточная потребность в натрии у взрослых составляет 4-5 г. Избыток же этого макроэлемента вызывает отеки лица и ног: ионы натрия провоцируют набухание коллоидов тканей, что, в свою очередь, способствует задержке и накоплению воды в организме. При большом количестве соли в пищевом рационе, при дисфункции коры надпочечников, склонности к гипертонии, сахарном диабете, неврозах, при нарушении водно-солевого обмена и выделительной функции почек количество натрия в организме повышается.
Симптомы избытка:
гиперактивность, впечатлительность, быстрая возбудимость, потливость, повышенная жажда.
Пищевые источники натрия
Хлор является составной частью человеческого организма, где он находится в основном в ионизированном состоянии. Основное место концентрации хлора – кожа, в ней содержится 30-60 % элемента. Также хлор входит в состав крови, межклеточной жидкости и костной ткани. 90 % хлора выводится с мочой и потом.
Суточная потребность в хлоре – 2 г. Она полностью удовлетворяется потреблением поваренной соли, ананаса, огурцов, моркови, лука, томата, редиса, сельдерея, салата, сырой белокочанной капусты, свеклы. Также он присутствует в бобовых, злаках.
Роль хлора в организме
· содержится в соляной кислоте – главной составляющей желудочного сока
· совместно с натрием поддерживает водно-электролитный баланс организма, способствует накоплению воды в тканях
· принимает участие в формировании плазмы крови
· помогает выводить токсины и шлаки из организма, улучшает деятельность печени
· способствует нормальному пищеварению
· активизирует некоторые ферменты
· принимает участие в процессе расщепления жиров
· контролирует состояние эритроцитов
· способствует своевременному выведению из организма углекислого газа
Избыток хлора
Повышенное содержание хлора в организме вредно, так как приводит к задержке воды в тканях и органах, что, прежде всего, влечет повышение кровяного давления. Другие симптомы избытка хлора: боли в голове и груди, диспепсические расстройства, сухой кашель, слезотечение, резь в глазах. В более тяжелых случаях возможно возникновение токсического отека легких и бронхопневмонии с повышением температуры.
Причины возникновения избытка хлора
вдыхание концентрированных паров с содержанием хлора на вредных производствах (текстильное, фармацевтическое, химическое);
прием некоторых лечебных препаратов, а также ряд заболеваний: гиперфункция коры надпочечников, повреждение гипоталамуса и другие;
дезинфекция питьевой воды с помощью хлора, в результате чего образуются соединения, приводящие к респираторно-вирусным заболеваниям, гастритам, пневмонии, и по некоторым данным, даже к онкозаболеваниям предполагают также, что есть большая опасность отравления хлором при вдыхании концентрированных токсичных веществ во время длительного приема горячего душа.
Кальций (Са)
Если натрий и хлор - сама жизнь, то кальций - это красота жизни. Как и всякая красота, он весьма капризен. Кальций не усваивается без витаминов группы D, поэтому следует выбирать препараты кальция с витамином D или же дополнительно принимать жирорастворимый витамин D в осенне-зимний период.
Значение кальция в обмене веществ организма человека трудно переоценить. Он участвует в функционировании сердечнососудистой и нервной систем, в процессе свёртываемости крови, в выработке гормонов, ферментов и белков, в сокращении и расслаблении мышц и особенно - в обеспечении прочности костей скелета.
Учёные утверждают, что 99% кальция содержится в костях, поэтому они служат основным резервуаром кальция в нашем организме.
В среднем человек нуждается в потреблении 0,6 -1,1 г кальция в сутки. Он крайне важен для развития детского организма. При беременности и кормлении грудью суточная потребность увеличивается до 1,5-2 г. Основные источники кальция: кожица всех фруктов и овощей; отруби, бобовые - горох, зеленый горошек, чечевица, соя, бобы, фасоль, шпинат, морковь, репа, листья молодых одуванчиков, сельдерей, яблоки, вишня, крыжовник, земляника, спаржа, капуста, картофель, смородина, яйца, огурцы, апельсины, ананасы, персики, редис, виноград, овощи зеленые - салат, лук, ботва моркови, репы, редиски, зеленые зерна пшеницы, хлеб ржаной, крупа овсяная, миндаль, лук; кисломолочные продукты - творог, сметана, кефир, простокваша, ацидофилин и т. д.; абрикосы, свекла, ежевика
Действие и свойства кальция
Помимо построения костей и зубов кальций выполняет и другие функции: активно участвует в процессах свертывания крови, играет важную роль в работе ферментных систем, влияет на деятельность сердечнососудистой и нервно-мышечной систем. Кальций снижает проницаемость сосудов, усиливает сопротивляемость организма к токсинам и инфекциям, обладает противовоспалительным действием.
Нельзя переоценить значение этого элемента для полноценного внутриутробного развития плода: соли кальция закладывают основу жизненно-важных систем и процессов организма ребенка.
Избыток кальция
Избыток элемента может спровоцировать повышение кровяного давления и привести к отложению солей кальция в тканях, в которых изначально они присутствовать не должны (кальциноз).
У кальция есть свои «враги», которые мешают его усвоению или же «изгоняют» его из организма. К ним относятся:
Стрессы,
Злоупотребление кофе,
Злоупотребление алкоголем,
Приём противосудорожных лекарственных препаратов,
Курение,
Малоподвижный образ жизни,
Беременность, роды и кормление грудью.
Фосфор
Фосфор - элемент энергетики и ума. Входит в состав высокоэнергетических соединений, выполняет функцию топлива, универсального носителя энергии.
Ни один процесс в организме не происходит без энергетических затрат, в том числе и умственная деятельность.
Функции фосфора в организме человека
Вместе с кальцием отвечает за прочность и устойчивость костной ткани соединения фосфора являются аккумуляторами энергии, участвуют в процессах обмена жиров, белков и углеводов влияет на деятельность почек и работу сердечной мускулатуры участвует в процессах умственной и мышечной активности влияет на образование некоторых ферментов и гормонов.
В организме содержится во всех средах и тканях, депонируется в костной и мышечной тканях. Наша суточная потребность в фосфоре - от 1 до 4,6 г. Максимальное количество фосфора содержится в горохе, фасоли, орехах, чесноке, петрушке, шпинате, моркови, капусте, некоторых ягодах, а также в ячневой, перловой, овсяной крупах. Много фосфора в рыбе, сыре, молоке, мясе, хлебе, грибах, яйцах.
Если же у вас нет такой возможности, следует употреблять препараты фосфора. При этом необходимо знать, что фосфор всегда идёт в паре с кальцием, это - неразлучная парочка (соотношение фосфора и кальция примерно 2 к 3), поскольку эти два элемента находятся в неразрывной связи друг с другом. Вследствие нарушения этого баланса могут возникать различные патологии: излишек кальция приводит к возникновению мочекаменной болезни, избыточное количество фосфора провоцирует выведение кальция из костей. Впрочем, в организме присутствует весьма полезный элемент, контролирующий фосфорно-кальциевый обмен – это витамин D.
Избыток Фосфора
Если концентрация Фосфора в крови человека более 1,8ммол/л, то это свидетельствует об избытке (гиперфосфатемии) минерала в организме. Излишнее поступление Фосфора в организм вероятно при длительном преобладании в питании мясных, рыбных и зерновых продуктов. Избыточное количество вещества негативно отражается на нервной системе. Вначале наблюдается возбужденное состояние, а когда произойдут органические изменения, возможны параличи. Симптомы избытка: - прогрессирующее уменьшение плотности костной ткани (остеопороз), что приводит к болям и переломам даже при незначительных травмах; - тяжелый атеросклероз (уплотнение артерий), который способствует развитию инсультов, инфарктов и нарушениям кровообращения; - омертвение тканей; - сильное жжение в ладонях. Избыток Фосфора нарушает всасывание кальция из кишечника, тормозит образование активной формы витамина D, связывает часть кальция в крови, что ведет к его выведению из костей и отложению солей кальция в почках и кровеносных сосудах
Калий (К)
Калий - элемент мышечной силы. Наряду с натрием обеспечивает работу так называемого калий-натриевого насоса, за счёт которого сокращаются и расслабляются наши мышцы.
При малейшем нарушении обмена калия страдает сердечная мышца, что проявляется в слабости, головокружении, сердцебиении, отёках.
Суточная потребность в калии составляет 2 г.Основные источники калия: шпинат, огурец, картофель, морковь, лук-латук, петрушка, спаржа, хрен, одуванчик, чеснок, черная смородина, чечевица, горох, спаржа, капуста, грейпфруты, редис, помидоры, курага, изюм, чернослив, бобовые культуры, хлеб ржаной, крупа овсяная.
Избыток калия в организме
Увеличение уровня калия в организме может быть следствием случайных отравлений соединениями калия. Токсичность солей калия определяется, как правило, токсичностью их анионов, таких как арсенит, хромат, фторид.
Точные данные о токсичности KCl для человека отсутствуют. Механизм токсического действия КCl в местах введения обусловлен в первую очередь высоким осмотическим давлением. В результате имеет место интенсивное поступление воды из окружающих тканей, приводящее к их обезвоживанию и нарушению физиологических функций клеток.
Избыточное поступление ионов К+ вызывает перегрузку соответствующих систем гомеостаза и нарушение метаболических процессов. В эпителии желудочно-кишечного тракта и почечных канальцев развивается воспаление, нередко приводящее к некрозу ткани.
Постоянный избыток калия и натрия вызывает некоторое повышение уровня инсулина в крови. Отмечаются и другие гормональные сдвиги.
Люди с избытком калия обычно легко возбудимы, впечатлительны, гиперактивны, страдают от повышенной потливости, учащенных мочеиспусканий.
Накопление калия в крови, гиперкалиемия (при концентрации свыше 0,06%) приводит к тяжелым отравлениям, сопровождающимся параличом скелетных мышц; при концентрации калия в крови, превышающей 0,1%, наступает смерть. Длительное постоянное употребление калийных лечебных препаратов может вызывать ослабление сократительной деятельности сердечной мышцы, поэтому в таких случаях в место калийных назначают натриевые препараты. Развитию гиперкалиемии способствует ацидоз.
Основные причины избытка калия:
· Избыточное поступление (в т.ч., длительный и избыточный прием препаратов калия, потребление "горьких" минеральных вод, постоянная картофельная диета и пр.).
· Нарушение регуляции обмена калия.
· Перераспределение калия между тканями организма.
· Массированный выход калия из клеток (цитолиз, гемолиз, синдром раздавливания тканей).
· Дисфункция симпатоадреналовой системы.
· Инсулин-дефицитные состояния.
· Нарушение функции почек, почечная недостаточность.
Основные проявления избытка калия:
· Повышенная возбудимость, раздражительность, беспокойство, потливость.
· Слабость и парезы мышц, дегенеративные нервно-мышечные расстройства.
· Нейроциркуляторная дистония.
· Аритмии, ослабление сократительной способности мышцы сердца.
· Параличи скелетных мышц.
· Кишечные колики.
· Учащенное мочеиспускание.
· Склонность к развитию сахарного диабета.
Магний (Mg)
Магний - элемент противоспазматический, элемент спокойствия. Очень важен для организма, так как в его присутствии работают почти все ферменты - вещества, с помощью которых проходят процессы обмена веществ. Человек не может быть полностью здоровым без магния. Любой процесс, происходящий в организме, не обходится без солей и ионов магния. Этот элемент контролирует процессы деления и очищения клеток, формирование белка и обмен веществ.
Функции магния:
Способствует усвоению кальция из кишечника, а также всасыванию калия, фосфора, витаминов группы B, C, и E
Является неотъемлемым участником многих биохимических процессов организма и регуляции жизненно-важных функций
Поддерживает в норме активность клеточных мембран
Регулирует нервные импульсы в центральной и периферической нервных системах
Предотвращает образование холестериновых отложений и регулирует уровень холестерина в крови
Предупреждает развитие сердечных заболеваний различной степени тяжести
Участвует в образовании костной ткани, а также в энергетическом и углеводном обмене
Магний принимает активное участие в иммунных процессах, обладает противоаллергическим, противовоспалительным, противострессовым, противотоксичным действием.
Применение магния очень эффективно при лечении многих заболеваний: нервных расстройств, инфаркта миокарда, лейкемии, мышечной слабости, склерозе. Магний незаменим при борьбе с раком.
Суточная потребность
Взрослые: 280-400 мг (примерно 4,5 мг на килограмм массы тела).
Детям требуется больше, чем взрослым (так как идет постоянный рост) - около 6 мг на килограмм массы тела: детям до 3 лет - 50-150 мг, 4-6 лет - 200 мг, 7-10 лет - 250 мг, 11-17 лет - 300 мг.
Беременным - плюс еще 20 мг в сутки дополнительно для плода (около 450 мг).
Кормящие женщины должны дополнительно получать 60 мг магния, чтобы восполнить его потерю с грудным молоком.
При заболеваниях почек более 3000 мг магния в сутки не рекомендуется.
Основными источниками магния являются крупы и злаковые. Большое количество элемента содержится в орехах и семечках, бобовых, листовых овощах, клубнике, малине, ежевике.
Избыток магния в организме.
Увеличение концентрации магния в волосах отмечается при гиперфункции околощитовидных желез, щитовидной железы, нефрокальцинозе, артрите, псориазе, дислексии (расстройство с нарушением понимания читаемого текста у детей).
Магнезиальная соль при введении внутрь, даже в больших дозах, не вызывает отравления, а действует лишь как слабительное. В то же время, при парентеральном введении сульфата магния могут наблюдаться симптомы интоксикации в виде общего угнетения, вялости и сонливости. При значительной передозировке соединений магния возможен риск отравления (напр., антацидами). Наркоз наступает при концентрациях магния в крови равных 15-18 мг%.
Основные причины избытка магния:
избыточное поступление;
нарушение регуляции обмена магния.
Основные проявления избытка магния:
вялость, сонливость, снижение работоспособности;
Сера (S)
Сера - это макроэлемент, постоянная составная часть организма человека. Сера – неметаллическое вещество, которое часто встречается в природе и находится в каждой растительной или животной клетке.Она составляет 0.25% веса человеческого тела. Это вещество носит название "минерал красоты" из-за того, что оно поддерживает блеск и гладкость волос, придает коже лица ясность и молодость.
Сера имеет важные взаимоотношения с белком. Она входит в состав метиониновой, цистиновой и цистеиновой аминокислот и необходима для синтеза белка соединительной ткани. Сера преобладает в кератине, сложном белковом соединении, из которого в основном состоят кожа и ее производные – ногти и волосы. Она также обнаружена в составе инсулина – гормона, регулирующего обмен углеводов. Сера также встречается в углеводах, таких, как гепарин (вещество, препятствующее свертыванию крови, находящееся в печени и других тканях).
Сера взаимодействует с тиамином, пантотеновой, липоевой кислотами и биотином, необходимыми для обмена веществ и здоровья нервной системы. Она играет важную роль в дыхании клеток – процессе, в котором кислород и другие вещества используются для построения клеток и получения энергии. Сера также помогает печени вырабатывать желчь, поддерживает организм в сбалансированном состоянии.
Действие:
· формирование хрящевой ткани - метилсульфонилметан входит в состав гликозоаминогликанов - структурных ключевых компонентов хрящевой ткани, играющих важнейшую роль в обеспечении здоровья суставов. Сера, влияя на рост не только хрящевой, но и костной ткани, участвует в формировании структуры и обеспечении гибкости и эластичности костей; также сера необходима для биосинтеза коллагена, способствующего эластичности кожи.
· укрепление мышечной системы - метилсульфонилметан способствует укреплению мышечного аппарата, что особенно необходимо детям для усиления мышечного каркаса в период активного роста (подростковый период), при прогрессирующем сколиозе сера помогает остановить патологический процесс. Метилсульфонилметан помогает уменьшить мышечные воспаления и боли, устраняет мышечные судороги.
· противовоспалительное - метилсульфонилметан предотвращает и облегчает воспалительный синдром при артрите, миозите, растяжении связок, тендовагините, бурсите. Он содействует заживлению ран и уменьшает суставные, мышечные боли и судороги.
· детоксикационное - метилсульфонилметан способствует вымыванию шлаков и токсинов из тканей суставов, а также помогает в качестве вспомогательного средства при лечении синдрома хронической усталости. Сера, повышая проницаемость клеточных мембран, связывается с токсичными веществами, нейтрализует их. В результате питательные вещества могут поступать в клетки, а токсичные вещества - выводиться из них.
· противоаллергическое - метилсульфонилметан снижает порог чувствительности организма к аллергенам, поэтому используется при аллергических заболеваниях. Это связано с повышением проницаемости клеточных мембран под действием метилсульфонилметана, что способствует выведению из клеток чужеродного вещества до того, как оно успеет вызвать аллергическую реакцию.
· антиоксидантное - метилсульфонилметан обеспечивает молекулярную структуру белка и входит в состав многих аминокислот, которые участвуют в синтезе антиоксиданта - глютатиона, способствующего более эффективному функционированию иммунной системы и повышающего возможность организма справляться с различными недугами.
· нормализация обмена веществ - сера обеспечивает стабильность структуры белков, входит в состав незаменимых аминокислот - метионина, цистеина, цистина и таурина, которые участвуют в синтезе белков и ферментов. Сера входит также в состав тканей и многочисленных регулирующих веществ (гормонов, витаминов).
· стабилизация уровня сахара в крови - сера играет важную роль в метаболизме углеводов, участвует в синтезе инсулина, что оказывает влияние на содержание сахара в крови больных диабетом. Введение метилсульфонилметана способствует снижению потребности в инсулине и стабилизации уровня сахара в крови.
Сера способствует вымыванию шлаков и токсинов из тканей суставов, участвует практически в каждом метаболическом процессе организма, улучшает работу нервной системы, отвечает за хорошее состояние кожи, волос и ногтей, укрепляет кости, стимулирует выработку суставной жидкости, повышает подвижность суставов, эластичность и прочность связок, снижает риск судорог и воспаления суставов, уменьшает травматическую боль, нормализует обмен веществ, стабилизирует уровень сахара в крови, имеет противоаллергическое и антиоксидантное действие.
Взрослый человек нуждается примерно в 1 г серы ежедневно. Обычный рацион питания вполне покрывает эту потребность. Основные источники серы: различные виды капусты, лук репчатый, горчица, хрен, крыжовник, виноград, яблоки, рожь, горох, ячмень, гречневая крупа, пшеница, соя, чеснок, спаржа, постное мясо, рыба, крапива, перец чили.
Повышенное содержание серы в организме.
Данные о токсичности серы, содержащейся в пищевых продуктах, в литературе отсутствуют. Однако существуют описания клиники острых и хронических отравлений соединениями серы, такими как сероводород, сероуглерод, сернистый газ.
Так, при высоких концентрациях сероводорода во вдыхаемом воздухе, клиническая картина интоксикации развивается очень быстро, в течение нескольких минут возникают судороги, потеря сознания, остановка дыхания. В дальнейшем последствия перенесенного отравления могут проявляться стойкими головными болями, нарушениями психики, параличами, расстройствами функций системы дыхания и желудочно-кишечного тракта.
Установлено, что парентеральное введение мелко измельченной серы в масляном растворе в количестве 1-2 мл сопровождается гипертермией с гиперлейкоцитозом и гипогликемией. Полагают, что при парентеральном введении токсичность ионов серы в 200 раз выше, чем ионов хлора.
Токсичность соединений серы, попавших в желудочно-кишечный тракт, связана с их превращением кишечной микрофлорой в сульфид водорода, весьма токсичным соединением.
В случаях смертельных исходов после отравления серой при вскрытии, отмечают признаки эмфиземы легких, воспаления мозга, острого катарального энтерита, некроза печени, кровоизлияния (петехии) в миокард.
При хронических интоксикациях (сероуглерод, сернистый газ), наблюдаются нарушения психики, органические и функциональные изменения нервной системы, слабость мышц, ухудшение зрения и разнообразные расстройства деятельности других систем организма.
В последние десятилетия одним из источников избыточного поступления серы в организм человека стали серосодержащие соединения (сульфиты), которые добавляются во многие пищевые продукты, алкогольные и безалкогольные напитки в качестве консервантов. Особенно много сульфитов в копченостях, картофеле, свежих овощах, пиве, сидре, готовых салатах, уксусе, красителях вина. Возможно, увеличивающееся потребление сульфитов отчасти повинно в росте заболеваемости бронхиальной астмой. Известно, напр., что 10% больных бронхиальной астмой проявляют повышенную чувствительность к сульфитам (т.е., являются сенсибилизированными к сульфиту). Для снижения отрицательного действия сульфитов на организм рекомендуется увеличивать содержание в рационе сыров, яиц, жирного мяса, птицы.
Основные причины избытка серы:
· избыточное поступление;
· нарушение регуляции обмена серы.
Основные проявления избытка серы:
· кожный зуд, сыпи, фурункулез;
· покраснение и опухание конъюнктивы;
· появление мелких точечных дефектов на роговице;
· ломота в бровях и глазных яблоках, ощущением песка в глазах;
· светобоязнь, слезотечение;
· общая слабость, головные боли, головокружение, тошнота;
· катар верхних дыхательных путей, бронхит;
· ослабление слуха;
· расстройства пищеварения, поносы, снижение массы тела;
· малокровие;
· судороги и потеря сознания (при острой интоксикации);
· психические нарушения, понижение интеллекта.
Синергисты и антагонисты серы.
К элементам, способствующим усвоению S, относятся F и Fe, а к антагонистам - As, Ba, Fe, Pb, Mo и Se
Железо(Fe)
Железо необходимо для полноценного функционирования организма. Оно принимает участие в создании гемоглобина (красного пигмента крови) и в процессах кроветворения, а также обеспечивает кислородом ткани всего тела. При отсутствии железа не образуются красные кровяные тельца (эритроциты), которые участвуют во всех процессах, происходящих в организме. Они регулируют кислотно-щелочной баланс, помогают выводить из организма углекислоту, обеспечивают клеткам питание в виде фрагментов органических молекул и ионов некоторых солей.
В живых организмах встречается около 80 химических элементов, однако только для 27 из этих элементов установлены их функции в клетке и организме. Остальные элементы присутствуют в незначительных количествах, и, по-видимому, попадают в организм с пищей, водой и воздухом.
В зависимости от концентрации их делят на макроэлементы и микроэлементы.
Концентрация каждого из макроэлементов в организме превышает 0,01 % , а их суммарное содержание - 99 %. К макроэлементам относят кислород, углерод, водород, азот, фосфор, серу, калий, кальций, натрий, хлор, магний и железо. Первые четыре из перечисленных элементов (кислород, углерод, водород и азот) называют также органогенными, поскольку они входят в состав основных органических соединений. Фосфор и сера также являются компонентами ряда органических веществ, например белков и нуклеиновых кислот. Фосфор необходим для формирования костей и зубов.
Без оставшихся макроэлементов невозможно нормальное функционирование организма.
Так, калий, натрий и хлор участвуют в процессах возбуждения клеток. Кальций входит в состав клеточных стенок растений, костей, зубов и раковин моллюсков, требуется для сокращения мышечных клеток и свертывания крови. Магний является компонентом хлорофилла - пигмента, обеспечивающего протекание фотосинтеза. Он также принимает участие в биосинтезе белка и нуклеиновых кислот. Железо входит в состав гемоглобина, и необходимо для функционирования многих ферментов.
Микроэлементы содержатся в организме в концентрациях менее 0,01 % , а их суммарная концентрация в клетке не достигает и 0,1 %. К микроэлементам относятся цинк, медь, марганец, кобальт, йод, фтор и др.
Цинк входит в состав молекулы гормона поджелудочной железы - инсулина, медь требуется для процессов фотосинтеза и дыхания. Кобальт является компонентом витамина В12, отсутствие которого приводит к анемии. Йод необходим для синтеза гормонов щитовидной железы, обеспечивающих нормальное протекание обмена веществ, а фтор связан с формированием эмали зубов.
Как недостаток, так и избыток или нарушение обмена макро- и микроэлементов приводят к развитию различных заболеваний.
В частности, недостаток кальция и фосфора вызывают рахит, нехватка азота - тяжелую белковую недостаточность, дефицит железа - анемию, отсутствие йода - нарушение образования гормонов щитовидной железы и снижение интенсивности обмена веществ, уменьшение поступления фтора - кариес. Свинец токсичен почти для всех организмов.
Недостаток макро- и микроэлементов можно компенсировать путем увеличения их содержания в пище и питьевой воде, а также за счет приема лекарственных препаратов.
Химические элементы клетки образуют различные соединения - неорганические и органические.
В живых организмах обнаружено более 70 химических элементов. Они являются составной частью определенных веществ, образующих структуры организма и участвующих в химических реакциях. Одних химических элементов в организмах содержится больше, других меньше, третьи присутствуют в ничтожных количествах.
Макроэлементы. Химические элементы, содержание которых в живых организмах составляет от десятков до сотых долей процента, называются макроэлементами. Живые организмы более чем на 98 % состоят из четырех химических элементов: кислорода (О), углерода (С), водорода (Н) и азота (N). Водород и кислород — составные элементы воды. Наряду с углеродом и азотом эти элементы являются основными составляющими органических соединений живых организмов.
В состав молекул многих органических веществ также входят сера (S) и фосфор (Р). Кроме того, к макроэлементам относятся натрий (Na), калий (К), магний (Mg), кальций (Са), хлор (С1) и др.
Важнейшим макроэлементом для организма человека является кальций. Его соединения, в частности ортофосфат, составляют минеральную основу костей и зубов. Другие соединения кальция участвуют в нервной и мышечной деятельности, входят в состав клеток и тканевой жидкости организма. Суточная потребность взрослого человека в кальции составляет от 0,8 до 2 г. Основные источники этого элемента — молоко, кефир, творог, сыр, рыба, фасоль, петрушка, зеленый лук, а также яйца, гречка, овсянка, морковь и горох.
Однако в пище могут также содержаться вещества, препятствующие усвоению кальция, например щавелевая кислота и фитин. Со щавелевой кислотой кальций образует малорастворимую соль, фитин тоже довольно прочно удерживает кальций. Поэтому важно не злоупотреблять блюдами из щавеля и шпината, в листьях которых содержится 0,1 —0,5 % щавелевой кислоты. Фитин, присутствующий в овощах и злаках, разрушается при нагревании, поэтому менее вреден. Ржаной хлеб полезнее пшеничного — в нем меньше фитина.
Микроэлементы. Жизненно важные элементы, которые содержатся в живых организмах в исключительно малых количествах (менее 0,01 %) составляют группу микроэлементов. К этой группе относятся некоторые металлы, например железо (Fe), цинк (Zn), медь (Си), марганец (Мп), кобальт (Со), молибден (Мо), а также неметаллы фтор (F), йод (I) и др.
Процентное содержание того или иного элемента не характеризует степень его важности в организме. Например, йод, содержание которого в норме в организме человека не превышает 0,0001 %, входит в состав гормонов щитовидной железы тироксина и т р и й о д т и р о н и н а. Эти гормоны регулируют обмен веществ, влияют на рост, развитие и дифференцировку тканей, на деятельность нервной системы.
Железо и медь входят в состав ферментов, участвующих в клеточном дыхании. Вместе с кобальтом они играют важную роль в процессах кроветворения. Цинк и марганец оказывают влияние на рост и развитие организмов. Фтор входит в состав костной ткани и эмали зубов. Более подробная информация о содержании и биологической роли химических элементов в живых организмах приведена в таблице 1.
Таблица 1. Биологически важные химические элементы
|
Биологическая роль |
||
|
Макроэлементы |
||
|
Кислород(О) |
Входит в состав молекул воды и органических веществ, обеспечивает реакции окисления, в ходе которых выделяется необходимая организму энергия |
|
|
Углерод(С) |
Входит в состав молекул всех органических веществ |
|
|
Водород (Н) |
Входит в состав молекул воды и всех органических веществ |
|
|
Входит в состав молекул органических веществ, в том числе белков, нуклеиновых кислот, АТФ |
||
|
Кальций(Са) |
Входит в состав костной ткани, зубной эмали, участвует в процессах свертывания крови и обеспечивает сократимость мышечных волокон. У растений входит в состав клеточной стенки |
|
|
Фосфор (Р) |
Входит в состав органических веществ (ДНК, РНК, АТФ и др.), костной ткани и зубной эмали |
|
|
Один из основных катионов в организме животных: участвует в генерации биоэлектрических потенциалов, регуляции ритма сердечной деятельности. Также участвует в процессе фотосинтеза |
||
|
Входит в состав органических веществ (белков, некоторых аминокислот) |
||
|
Основной анион в организме животных. Входит в состав соляной кислоты желудочного сока |
||
|
Натрий (Na) |
Один из основных катионов: участвует в генерации биоэлектрических потенциалов, поддерживает нормальный ритм сердечной деятельности, влияет на синтез гормонов |
|
|
Магний (Mg) |
Входит в состав хлорофилла, некоторых ферментов, а также в состав костной ткани и зубной эмали |
|
|
Биологическая роль |
||
|
Микроэлементы |
||
|
Железо (Fe) |
Входит в состав многих ферментов, гемоглобина и миоглобина. Участвует в процессах клеточного дыхания и фотосинтеза |
|
|
Кремний (Si)* |
Участвует в формировании костей и коллагена — основного белка соединительной ткани животных. Входит в состав клеточной оболочки растений |
|
|
Входит в состав инсулина, некоторых ферментов, принимает участие в процессах синтеза растительных гормонов |
||
|
Участвует в процессах фотосинтеза, клеточного дыхания, синтеза гемоглобина. Входит в состав гемоцианинов — дыхательных пигментов крови и гемолимфы некоторых видов беспозвоночных животных |
||
|
Входит в состав зубной эмали и костной ткани |
||
|
Входит в состав гормонов щитовидной железы |
||
|
Марганец (Мп) |
менее 0,0001 |
Входит в состав или повышает активность некоторых ферментов. Участвует в формировании костей, в процессе фотосинтеза |
|
Кобальт (Со) |
менее 0,0001 |
Входит в состав витамина В 12 , участвует в процессах кроветворения |
|
Молибден (Мо) |
менее 0,0001 |
Участвует в процессах связывания атмосферного азота клубеньковыми бактериями |
* Для растений — макроэлемент
Для человека источниками макро- и микроэлементов являются продукты питания и вода. Поэтому для полного удовлетворения потребностей в макро- и микроэлементах необходимо полноценное и разнообразное питание, включающее продукты животного и растительного происхождения. Для Беларуси и некоторых других регионов Земли характерен недостаток йода и фтора в природной воде. Поэтому очень важно чаще употреблять в пищу морепродукты, а также восполнять этот недостаток употреблением фторированной и йодированной поваренной соли, производство и продажа которой налажены в нашей стране.
1. В какой группе все элементы относятся к макроэлементам? К микроэлементам?
а) Железо, сера, кобальт; в) натрий, кислород, йод;
б) фосфор, магний, азот; г) фтор, медь, марганец.
2. Какие химические элементы называются макроэлементами? Перечислите их. Каково значение макроэлементов в живых организмах?
3. Какие элементы называются микроэлементами? Приведите примеры. В чем заключается роль микроэлементов для жизнедеятельности организмов?
4. Установите соответствие между химическим элементом и его биологической функцией:
1) кальций
3) кобальт
4) йод 5) цинк 6) медь
а) участвует в синтезе гормонов растений, входит в состав инсулина, б) входит в состав гормонов щитовидной железы.
в) является компонентом хлорофилла.
г) входит в состав гемоцианинов некоторых беспозвоночных животных.
д) необходим для мышечного сокращения и свертывания крови, е) входит в состав витамина В 12 .
5. На основании материала о биологической роли макро- и микроэлементов и знаний, полученных при изучении организма человека в 9-м классе, объясните, к каким последствиям может привести недостаток тех или иных химических элементов в организме человека.
6. В таблице указано содержание основных химических элементов в земной коре (по массе, в %). Сравните состав земной коры и живых организмов. В чем заключаются особенности элементарного состава живых организмов? Какие факты позволяют сделать вывод о единстве живой и неживой природы?
- § 1. Содержание химических элементов в организме. Макро- и микроэлементы
- § 2. Химические соединения в живых организмах. Неорганические вещества
- § 10. История открытия клетки. Создание клеточной теории
- § 15. Эндоплазматическая сеть. Комплекс Гольджи. Лизосомы
Глава 1. Химические компоненты живых организмов
Глава 2. Клетка - структурная и функциональная единица живых организмов
Глава 3. Обмен веществ и преобразование энергии в организме
Сегодня мы рассмотрим клетку и содержащиеся в ней микроэлементы. Процентное содержание в клетке также будет нами подробно описано. Для начала поговорим о самом понятии «клетка».
Все, что нас окружает и сами мы - это своеобразный конструктор. Все состоит из мельчайших частиц, которые невозможно увидеть без специального оборудования под названием Микроскоп. Клетка - это полость, внутри которой водный раствор химических веществ, окружена она мембраной. Перед тем, как нами будут рассмотрены микроэлементы (процентное содержание в клетке и другие вопросы), необходимо понимать: клетка способна выжить самостоятельно и обладает рядом особенностей:
- обмен веществ;
- самовоспроизводство и так далее.
Последнее, что стоит упомянуть: цитология занимается изучением элементарных структурных элементов, то есть клеток.
Атомный состав
В периодической системе Дмитрия Ивановича Менделеева существует более ста элементом, а в человеческой клетке содержится более половины из них. Кроме этого, порядка 20 из этих элементов являются необходимыми для жизнедеятельности организма, их можно обнаружить практически во всех ее типах. Наш основной вопрос - это микроэлементы, процентное содержание в клетке. Но, необходимо знать и то, что элементы по их процентному содержанию в клетке могут делиться на классы:
- макроэлементы;
- микроэлементы;
- ультрамикроэлементы.
Если взять все микроэлементы, то их процентное содержание в общей сумме не превышает трех процентов. К данным элементам можно отнести следующие:
- магний;
- хлор;
- натрий;
- калий;
- кальций;
- железо;
- сера;
- фосфор.
Как видите, их всего восемь, по сравнению с макроэлементами, которых насчитывается всего 4, а их общее процентное содержание превышает показатель 90. К группе ультрамикроэлементов относится множество элементов, а их общее процентное содержание не превышает 0,1.
Микроэлементы
Сейчас рассмотрим микроэлементы.
Процентное содержание в клетке микроэлементов следующее:
Как видите, эти цифры очень малы. В таблице мы рассмотрели процентное содержание в клетке микроэлементов, но какова их функция. Некоторые из элементов мы выделили отдельно, а сейчас кратко об остальных. И так, натрий выполняет несколько функций, среди которых:
- обеспечение нормального ритма сердечных сокращений;
- создание мембранного потенциала клетки;
- с помощью данного элемента происходит проведение нервных импульсов;
- поддержание водно-солевого баланса.
Процентное содержание в клетке микроэлементов (калий, сера и хлор) составляет менее 1 процента. Тем не менее, данные элементы выполняют множество необходимых функций:
- калий - это основной катион, он, так же как и натрий, обеспечивает нормальную сердечную работу, оказывает помощь при синтезе белка;
- сера - это составляющий элемент аминокислот, витамина В 1 и других ферментов;
- хлор - это внеклеточный анион, входит в состав кислоты желудочного сока.
Магний
Мы рассмотрели все микроэлементы. Процентное содержание в клетке так же представлено в таблице выше. Но зачем нужен магний, и какие функции он выполняет? С этим мы сейчас и разберемся.
Мы его можем найти практически во всех клетках человека. Почему? Именно магний принимает участие в большинстве биохимических реакций, которых более 300. Первое основное предназначение - это участие в создании энергии, то есть АТФ. Это очень важно, так как АТФ выполняет роль энергетической станции как для клеток, так и для организма в общем.
Вторая функция - это помощь в усвоении некоторых веществ и синтезе белка. Третья функция - это регуляция в организме следующих элементов:
- натрия;
- кальция.
Это нужно для правильной работы сердца и нервной системы, предотвращения ишемической болезни сердца.
Кальций
Мы рассмотрели процентное содержание микроэлементов, из таблицы видно, что кальций составляет всего 0,02% всех элементов. Тем не менее, его значение также велико. И так:
- кальций входит в состав стенок клетки;
- входит в состав костной ткани и зубной эмали;
- кальций способен активировать свертывание крови;
- входит в состав раковин множества беспозвоночных;
- служит посредником внутри клеток и регулирует различные процессы;
- координирует сердцебиение;
- регулирует кровяное давление;
- участвует в работе нервной системы;
- сохраняет кислотно-щелочное равновесие в нашем организме;
- препятствует попаданию вирусов в клетки и так далее.
Железо
Этот элемент просто необходим для нормального процесса жизнедеятельности организма. Именно он помогает в транспортировке кислорода ко всем органам и тканям. Также этот элемент входит в состав ферментов, гемоглобина, миоглобина. Железо участвует в процессе дыхания и фотосинтеза у растений.
Фосфор
Элемент необходим для организма по многим причинам. Основные из них:
- формирование зубов;
- формирование костей;
- входит в состав множества ферментов;
- участвует в регенерации клеток и тканей;
- производство АТФ-молекул, необходимых хранилищ энергии для организма;
- помощь в функционировании почек;
- регуляция мышечных сокращений.
