УМІСТ ДЕЯКИХ ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ В ОРГАНІЗМІ ЛЮДИНИ, МОРСЬКІЙ ВОДІ ТА ЗЕМНІЙ КОРІ

Проаналізуйте схему.

• 1. Визначте хімічні елементи, за вмістом яких організм людини подібний до морської води.
• 2. Визначте хімічний елемент, якого найбільше в складі всіх трьох об'єктів.

• Кальцій у складі карбонатів, сульфатів і фосфатів забезпечує міцність кісток, зубів, черепашок, яєчної шкаралупи тощо (рис. 6). Як йон Ca2+ він бере участь у регуляції багатьох внутрішньоклітинних функцій. Зокрема він є необхідним для забезпечення процесів виділення (секреції) з клітини багатьох гормонів, ферментів, медіаторів, потрібен для скорочення м'язів. В організмі людини йон Ca2+ бере участь у зсіданні крові.

• Фосфор у вигляді ортофосфат-аніона (PO43-) входить до складу багатьох життєво важливих органічних сполук, зокрема ортофосфатної кислоти, необхідної для синтезу АТФ та нуклеїнових кислот.

• Магній входить до складу деяких ферментів, активуючи їх. У рослин цей елемент є обов'язковим компонентом молекули хлорофілу в хлоропластах (рис. 7).

• Сульфур входить до складу деяких амінокислот, що утворюють білки в усіх живих організмах.

3. Наступні елементи є в живому в загальній кількості 0,1%. Вони потрібні для життєдіяльності багатьох, але не всіх організмів. До цієї групи належать Бор, Флуор, Силіцій, Ванадій, Хром, Манган, Ферум, Кобальт, Нікель, Купрум, Цинк, Йод, Молібден, Селен. Вони є компонентами деяких життєво необхідних речовин у певних видів або груп організмів. Наприклад, Йод входить до складу гормонів щитоподібної залози хребетних тварин, а Силіцій - до складу опорних структур деяких організмів: клітинних стінок хвощів, панцирів діатомових водоростей, внутрішньоклітинного скелета радіолярій, скелета деяких губок. За допомогою мікроскопа можна побачити еритроцити червоного кольору, що зумовлений наявністю гемоглобіну, до складу якого входить Ферум.

Рис. 6. Черепашки молюсків, форамініфер та шкаралупа пташиних яєць, складовою яких є Ca2+

Поясніть функції зображених компонентів організму тварин.

Рис. 7. Хлоропласти листка рослини та молекула хлорофілу

Який процес відбувається за участю хлорофілу?

Екологічні та ендемічні захворювання людини. Ще понад 2000 років тому Гіппократ та інші мислителі зазначали, що фактори навколишнього середовища впливають на виникнення захворювань людини. Завдяки дослідженням нині вчені виокремлюють екологічні та ендемічні захворювання.

Екологічні захворювання спричиняються шкідливим впливом хімічних та фізичних факторів середовища. Такий вплив чинять деякі речовини, які надходять в організм з водою та їжею. Наприклад, для організму людини небезпечне надходження солей важких металів, як-то Плюмбуму, Хрому, та радіонуклідів. Ці сполуки можуть відігравати роль канцерогенних, тобто таких, що сприяють утворенню в організмі злоякісних пухлин. Для організму людини небезпечні радіоактивні ізотопи багатьох хімічних елементів: Йоду, Цезію, Стронцію, Урану тощо. Радіоактивний ізотоп Стронцій може відкладатися в кістках, заміщуючи Кальцій, унаслідок чого кістки стають крихкими. Радіоактивний ізотоп Йоду порушує функції щитоподібної залози. Значні концентрації радіонуклідів можуть накопичувати рослини. З рослинною їжею вони згодом потрапляють в організм людини.

Ендемічні захворювання - захворювання, характерні для певної місцевості, пов'язані з нестачею або надмірним умістом у середовищі якого-небудь хімічного елемента. Прикладом може слугувати ендемічний зоб - захворювання, яке характеризується збільшенням щитоподібної залози. Розвиток захворювання спричиняє нестача Йоду - йододефіцит. Добова потреба організму людини в цьому елементі становить 150 мкг, а в ендемічних районах організм отримує лише до 50 мкг Йоду на добу. Йод міститься у воді, йодованій солі, харчових продуктах (рис. 8).

Рис. 8. Уміст Йоду в харчових продуктах, мкг/100 г продукту

Обчисліть кількість кожного продукту в раціоні людини, що може забезпечити добову потребу в Йоді.

Вода та її біологічна роль. Вода належить до найпоширеніших речовин на Землі. Вона займає близько 2/3поверхні планети, у вигляді льоду й снігу вкриває високі гори й величезні простори Арктики й Антарктиди. Багато води є в атмосфері. Це пара, туман і хмари. Значна кількість води міститься й у земній корі у вигляді підземних вод. У природі вода перебуває не тільки у вільному стані, а й у хімічно зв'язаному. Вона є складовою багатьох гірських порід і всіх організмів. Це основна неорганічна речовина, що входить до складу живих організмів. Уміст води в них становить 60 - 70 %, а в деяких випадках - до 98 %. Цитоплазма більшості клітин містить приблизно 80 % води, кров і лімфа людини - понад 80 %. Отже, вода є основою внутрішнього середовища організмів.

Молекула води складається з двох атомів Гідрогену, сполучених з атомом Оксигену ковалентними зв'язками. Молекула води є полярною - атом Оксигену в її складі має частково негативний заряд, тоді як атоми Гідрогену - частково позитивний. Завдяки цьому дві сусідні молекули взаємно притягуються. Так виникає водневий зв'язок (рис. 9). Цим пояснюється головна особливість води - вона є розчинником для інших речовин полярної будови. У розчині молекули води орієнтовані так, що негативно заряджений атом Оксигену спрямований до позитивних зарядів розчинених частинок, а позитивно заряджені атоми Гідрогену - до негативних. Залежно від розчинності у воді сполуки поділяють на гідрофільні (добре розчинні) і гідрофобні (поганорозчинні). До гідрофільних належать більшість солей, глюкоза, деякі амінокислоти та білки. Гідрофобними є жири та інші подібні до них речовини. Як розчинник вода є середовищем для перебігу багатьох хімічних реакцій. Крім того, вона може сама вступати в певні реакції або утворюватися як продукт їх перебігу. Завдяки добрій розчинності різних речовин вода бере участь у їх транспортуванні, переносячи поживні речовини, продукти обмінних процесів тощо (наприклад, з кров'ю в організмі людини або в судинах рослин). В організмі вода розподілена нерівномірно. Це залежить від інтенсивності процесів обміну речовин між органами й тканинами. Як приклад наводимо схему розподілу води в різних органах і тканинах організму людини (схема 4).

Рис. 9. Моделі будови молекули води: а - кулестержнева; б - масштабна; в - схема утворення водневого зв'язку

Як й інші рідини, вода погано стискається, а тому може виконувати механічну функцію. Заповнені рідиною порожнини в тілі тварин працюють як гідроскелет (пригадайте, яким тваринам він властивий). У рослин вода забезпечує пружність клітин та частин тіла (пригадайте, що таке тургор). Рідина, яка заповнює простір між головним мозком та кістками черепа, забезпечує амортизацію під час ударів (пригадайте, як називається така рідина). Завдяки воді послаблюється тертя між різними поверхнями (наприклад, у суглобах).

З курсу фізики доцільно пригадати, що вода має порівняно високі питому теплоємність і теплоту випаровування. Унаслідок цього вона виконує терморегуляторну функцію. При випаровуванні води з поверхні організму він втрачає велику кількість теплоти (пригадайте, як у спеку охолоджуються кішки або собаки). Вода переносить теплоту від більш нагрітих органів до холодніших. Наприклад, під час інтенсивної фізичної роботи кров нагрівається в м'язах й охолоджується в шкірі.

Вода може змінювати свої властивості, зокрема температури замерзання й кипіння, залежно від кількості розчинених у ній речовин. Унаслідок збільшення концентрації розчинених речовин знижується температура, за якої вода переходить у твердий стан, і організми мають змогу пристосовуватися до змін температури навколишнього середовища. Наприклад, із настанням зими в клітинах рослин підвищується вміст вуглеводів у розчині, у членистоногих - гліцеролу (§ 4, с. 24), у риб - білків тощо.

Схема 4