Заняття 2. Роль неорганічних речовин (кисню, мінеральних солей) у життєдіяльності організмів

Заняття 2. Роль неорганічних речовин (кисню, мінеральних солей) у життєдіяльності

організмів

Тіла ми ніби органічні,

Жива матерія – про нас!

Та речовин неорганічних

Ми також містим безліч назв!

Та кожному тут є робота,

І в кожного своя турбота:

НСІ бактерії вбиває –

Її у шлунку добре знають!

Сіль кальцію кістки тримає.

В клітини кисень поспішає.

А йони – дуже парубки

І основні трудівники –

Нервовий імпульс генерують

І речовини транспортують…

Ще довго можна говорити,

Але про це – читайте діти!

Проблемне питання

- Чи змогли б існувати живі організми, якби в їх складі не було поживних речовин?

Розповідь учителя

Живі організми містять різні типи неорганічних речовин. Загальний їх вміст, крім води, становить від одного до кількох відсотків залежно від типу клітини.

Найголовніша з неорганічних речовин – вода. Крім води, у живих організмах містяться кисень, оксиди, кислоти, мінеральні солі та їх Йони. На сьогоднішньому уроці ми детально ознайомимось з кожною із цих груп, а також із поняттям кислотнолужного балансу організму, нормами харчування та екологічними захворюваннями.

Кисень та його роль у живих організмах

Кисень надзвичайно важлива для живих організмів неорганічна речовина. Чому? Тому що він бере участь у процесах дихання. Що ж таке дихання? Дихання це сукупність реакцій біологічного окиснення органічних речовин із виділенням енергії, необхідної для підтримання життєдіяльності організму. Тобто, кисень забезпечує організм найголовнішим – енергією. І ця енергія виділяється у результаті реакції окиснення.

Джерелом кисню є атмосферне повітря. В атмосферу кисень потрапляє завдяки фотосинтезу зелених рослин, під час якого поглинається вуглекислий газ і виділяється кисень. Підраховано, що рослини за рік виділяють в атмосферу близько 70 млрд т кисню. Близько 80 % усього кисню постачає морський фітопланктон, 20 % виробляє наземна рослинність.

Атмосферний кисень (О2) необхідний для дихання людей, тварин, переважної більшості рослин і мікроорганізмів. У рослинних організмах більш інтенсивно дихають молоді, швидко ростучі органи і тканини рослин (бо на ріст витрачається енергія, яка і вивільнюється в процесі реакцій окиснення органічних речовин, що були синтезовані ними раніше під час фотосинтезу)

Тварини отримують від рослин по ланцюгах живлення органічні речовини, якій окислюються в процесі дихання. Тваринним організмам необхідний постійний притік кисню. Під час дихання кисень повітря в легенях сполучається з гемоглобіном крові, утворюючи оксигемоглобін, який надає артеріальній крові яскраво-червоного забарвлення і розноситься по всьому організму. Там оксигемоглобін розкладається, і кисень, що виділяється, окиснюе поживні речовини організму, утворюючи СО2, Н2О та інші продукти. Діоксид вюглецю (вуглекислий газ) розчиняється в крові та виноситься нею по венах у легені, де видихається. Позбавлена оксигемоглобіну венозна кров має темно-червоний колір.

4.Оксиди та їх роль у живих організмах

Оксид – це бінарна сполука, до складу якої входить Оксисен. Найважливішими оксидами живого організму є вода та вуглекислий газ.

Вуглекислий газ – обов’язковий компонент фотосинтезу рослин. Він надходить в атмосферу внаслідок виверження вулканів, розпаду органічних речовин, дихання живих організмів, виділення з поверхні теплих океанів, а витрачається атмосферою на фотосинтез рослин, розчинення в холодній воді океанів, перетворення силікатів вивітрюваних гірських порід у карбонати. Рослини за рік поглинають близько 100 млрд т оксиду вуглецю, тобто близько 6 % усього наявного його вмісту в атмосфері.

Важливим фактором стабілізації вмісту оксиду вуглецю є Світовий океан, у водах якого розчинено принаймні в сто разів більше оксиду вуглецю, ніж його є у всій атмосфері.

Те, що без вуглекислого газу не можуть існувати зелені рослини, відомо всім, адже вони використовують його в процесі фотосинтезу. Але і тваринний світ теж не може обходитися без вуглекислоти. І її роль у житті живого організму надзвичайно велика. У тваринних організмах вуглекислий газ бере участь у розподілі в тканинах йонів натрію, регулюючи тим самим збудження клітин, впливає на проникність клітинних мембран, активність багатьох ферментів, інтенсивність продукції гормонів і ступінь їх фізіологічної ефективності, процес зв’язування білками йонів Кальцію та Феруму. Існує пряма залежність між концентрацією вуглекислоти в крові та інтенсивністю функціонування травних залоз. Від вмісту вуглекислоти залежить надходження в тканини кисню. Також вуглекислий газ відіграє важливу роль у біосинтезі білків та карбоксилуванні амінокислот, підтримуванні сталості кислотно-лужного балансу.

В останні роки учені приділяють велику увагу дослідженням оксиду азоту (NO) і його значенню для організму. Він сприймається як один із найважливіших імунотропних медіаторів. Головним джерелом і місцем утворення NO в організмі є ендотелій, загальна маса якого в тілі людини досягає 1,5 кг. Функції оксиду азоту в організмі досить різноманітні.NO є нейротрансмітером у шлунково-кишковому тракті, видільній і статевій системах.

5. Неорганічні кислоти та їх роль у живих організмах

Кислоти – це хімічна речовина, що містять у своєму складі Гідроген та дисоціюють у воді з утворенням йонів Н+.

Неорганічні кислоти виконують в організмі важливі функції, зокрема, соляна кислота (HCI) входить до складу шлункового соку (знищує шкідливі бактерії та активізує роботу ферментів). За недостатнього вмісту хлоридної кислоти у шлунковому соку (понижена кислотність) порушують процеси травлення білків, можливе розмноження у шлунку великої кількості шкідливих бактерій тощо. Збільшення секцій (підвищена кислотність) також небезпечне для організму – виникає печія.

Залишки сульфатної кислоти, приєднуючись до нерозчинних у воді сполук, забезпечують їхню розчинність, що сприяє виведенню речовин.

Ортофосфатна кислота необхідна для синтезу АТФ та різних кислот.

6. Кислотно-лужний баланс організму

Внутрішнє середовище організму має певне співвідношення позитивних та негативних йонів – кислотно - лужний баланс. У разі його порушення можуть виникати тяжкі захворювання. Зокрема, за підвищеного вмісту позитивних йонів організм погано засвоює Кальцій, Натрій, Калій, а коли зростає вміст негативних – повільніше засвоюється їжа, що негативно впливає на функції печінки і нирок, виникають алергічні стани, загострюються хронічні захворювання тощо.

7. Роль у живих організмах мінеральних солей

Солі – речовини, до складу молекул яких входять кислотні залишки (аніони), поєднані з катіонами різного походження (атомиметалів, металоподібні групи).

Солі неорганічних кислот усередині живих організмів розчинені у воді (у вигляді йонів) або перебувають у твердому стані (наприклад, солі Фосфору та Кальцію у складі скелета людини та більшості хребетних тварин). Ці мінеральні солі надають кісткам твердості. Крім того, солі Кальцію входять до складу черепашок форамініфер, колоній коралових поліпів, черепашок молюсків.

Сталий вміст натрій хлориду (0,9%) у плазмі крові – необхідна складова підтримання гомеостазу нашого організму. Розчин натрій хлориду такої концентрації ще називають фізіологічним. Його використовують під час ін’єкцій певних ліків або вводять за незначних крововтрат.

Щодоби до організму людини має надходити 12-15г кухонної солі (NaCl). Всмоктування солей починається ще в шлунку, а закінчується в кишечнику. Рецептори, розташовані у стінках кровоносних судин і тканинах, здатні визначати концентрацію солей. Імпульси від цих рецепторів надходять до гіпоталамуса, який, у свою чергу, регулює діяльність залоз внутрішньої секреції. Залежно від вмісту солей в організмі під впливом нейрогуморальної регуляції змінюється їх вміст у сечі.

Через порушення обміну речовин солі можуть відкладатися у суглобах, що спричиняє тяжкі захворювання – остеохондроз, подагру. Щоб уникнути цих недуг, необхідно вести активний спосіб життя, не зловживати м’ясними та жирними стравами, сіллю та іншими приправами, відмовитись від вживання алкогольних напоїв.

У порожнинах органів або їхніх вивідних проток можуть формуватися щільні утворення – «камені». Найчастіше вони утворюються в нирках, жовчному міхурі, ниркових мисках і сечовому міхурі у разі відкладання там кальцієвих солей органічних (сечова та щавлева) або неорганічних кислот. Унаслідок розвивається сечокам’яна хвороба. «Камені», поступово збільшуючись, спочатку викликають болі в поперековій ділянці, а потім, просуваючись сечовивідними шляхами, - напади дуже сильного болю. Інколи «камені» закупорюють сечоводи, і тоді, аби врятувати життя хворого, застосовують хірургічне втручання.

8. Роль у живих організмах йонів

Йон – це електрично заряджена частинка речовини, що утворилася з атома або атомної групи внаслідок втрати або приєднання до електронів. Позитивно заряджений йон називається катіоном, негативно заряджений – аніоном.

Йони утворені катіонами металів (Калію – К+, Натрію – Na+, Кальцію - Ca²+, Магнію - Mg²+ тощо) та аніонами кислот (хлоридної – Cl־ , сульфатної – HSO4־ , SO4²ˉ, карбонатної – НСО3ˉ, фосфатної – НРО4²־ , Н2РО4²־ ).

Регуляторну функцію й активацію багатьох ферментів здійснюють йони Кальцію і Магнію. Достатня концентрація йонів Кальцію у плазмі крові необхідна для зсідання крові, важливої захисної функції організму, яка запобігає крововтраті під час пошкодження судин. Також йони Кальцію збільшують частоту і силу серцевих скорочень. Підвищення концентрації у крові йонів Калію, навпаки, зменшує частоту і силу серцевих скорочень.

Різна концентрація йонів Натрію і Калію зовні та всередині клітини приводить до зовнішній і внутрішній поверхнях плазматичних мембран. Це зумовлює передачу збудження по нервах і м’язах, а також клітинну мембрану.

Більшість мінеральних солей у клітині перебуває у сполученні з органічними речовинами ( наприклад, залізо в гемоглобіні зв’язує кисень і переносить його).

Катіони Феруму і купру му входять до складу цитохромів, що є переносниками електронів.

Функції йонів у живій клітині: біоелектрична, осмотична, структурна, регуляторна, транспортна, опорна, синтетична.

9. Норми харчування

Важливо усвідомлювати, що в різних регіонах існують різні концентрації певних хімічних елементів у воді та ґрунті, і як наслідок – у продуктах харчування. Тому в різних умовах навколишнього середовища потрібно стежити за вживанням такої кількості харчових продуктів, які б могли забезпечити добову норму мінеральних речовин ( табл.. 1,2 ).

10. Екологічні захворювання

Не всі сполуки, що надходять до організму, для нього корисні. Наприклад, для людини небезпечне надходження таких солей важких металів, як Плюмбум, Хром тощо та радіонукліди. Багато важких металів міститься у транспортних викидах. Тому обабіч доріг не варто збирати гриби, бо вони здатні накопичувати ці речовини, а також радіонукліди. Важкі метали можуть відігравати роль канцерогенних, тобто таких, що сприяють утворенню в організмі доброякісних і злоякісних пухлин, призводять до надмірного розмноження клітин крові: лейкоцитів (лейкози), рідше – еритроцитів (еритроцитози). В організмі вагітної жінки радіонукліди можуть стати причиною вад розвитку плода.

Таблиця 1

Добові норми вживання мінеральних речовин для дітей (мл)

Вікові групи	Са	Р	Mg	Fe	Se	Cu	Zn	I
0 – 3 місяці	400	300	50	4	10-15	0.3-0.5	3	40
4 -6 місяців	500	400	60	7	10-15	0.3-0.5	4	50
7 – 12 місяців	600	500	70	10	10-15	0.3-0.5	7	60
1 – 3 роки	800	800	100	10	10-30	0.3-0.7	10	70
4 – 6 років	800	800	120	10	20	1.2	10	90
6 років ( учні )	800	800	150	12	30	1.5	10	100
7 – 10 років	1000	1000	170	12	30	1.5	10	120
11 – 13 р (хлопчики)	1200	1200	280	12	40	2.0	15	150
11 – 13 р (дівчатка)	1200	1200	270	15	45	1.5	12	150
14 – 17 р (юнаки)	1200	1200	400	12	45	2.5	15	200
14 – 17 р (дівчата)	1200	1200	300	15	50	2.0	13	200

Таблиця 2

Добові норми вживання мінеральних речовин для дорослих (мг)

Стать	Са	Р	Mg	Fe	F	Zn	I	Se
Чоловіки	1200	1200	400	15	0.75	15	0.15	70
Жінки	1100	1200	350	17	0.75	12	0.15	50

Для людини і тварин небезпечними є радіоактивні ізотопи багатьох речовин (Йоду, Цезію, Стронцію, Урану тощо). Потрапляючи в організм, Стронцій-90 може відкладатися у кістках, витісняючи Кальцій. Унаслідок цього кістки стають ламкими. Ізотоп Йоду порушує функції щитоподібної залози.

Важливо запам’ятати, що рослини здатні у значних кількостях накопичувати радіонукліди, а тоді з їжею ці радіонукліди можуть потрапити в організм людини і тварин.

Також часто у продуктах харчування зависокий вміст нітратів через використання добрив нітрати можуть із ґрунтів на полях потрапляти в підземні води, зокрема колодязі. Високий вміст нітратів шкідливий для організму людини, і тому варто обмежувати вживання рослинної продукції, що з’являється раніше сезону свого природного дозрівання, адже часто швидкого дозрівання досягають саме завдяки використанню нітратних добрив. Є спеціальні норми вмісту нітратів та інших шкідливих сполук у продуктах харчування й воді. Згідно з ними визначені так звані гранично допустимі концентрації (ГДК). Якщо вміст шкідливих речовин у воді чи продуктах харчування перевищує ГДК, такі продукти і воду мають вилучати з продажу.

У наш час значним є забруднення атмосфери вихлопними газами автомобілів, викидами заводів і фабрик. Через це в атмосферу надходять сполуки сульфуру, Нітрогену, чадного газу, важких металів, які потім потрапляють в організм людини та інших живих організмів.