Природничі науки. 1 частина. 11 клас. Гільберг

Речовини навколо й усередині

Із чого ми складаємось?

Як і в більшості істот, складниками тіла людини є сполуки Оксигену, Карбону, Нітрогену, Гідрогену, Кальцію, Фосфору, Калію, Сульфуру, Натрію, Хлору та інших мікро- й макроелементів. Атоми та йони саме цих хімічних елементів поодинці й у комплексі (у формі молекул і в складі йонних кристалів) є головними складниками клітин людського тіла. То ж розгляньмо стисло «хімію людини». Зробіть це, проаналізувавши малюнок 2.1.

Мал. 2.1. Елементний склад (масові частки, %) людського організму

З 94 хімічних елементів, що трапляються в природі, 81 виявлено в організмі людини. Хімічні елементи, необхідні організму для побудови й життєдіяльності клітин та органів, називають біогенними. Ці хімічні елементи є сталими складниками організму й виконують певні біологічні функції.

Біогенні елементи класифікують за різними ознаками. За функцією, виконуваною в організмі, хімічні елементи поділяють на органогени, елементи електролітного фону та мікроелементи. Елементами-органогенами є Карбон, Гідроген, Оксиген, Нітроген, Фосфор, Сульфур. Їхній уміст в організмі становить 97,4 %. Елементи електролітного фону — Натрій, Калій, Кальцій, Магній, Хлор. Масова частка йонів цих металічних елементів становить 99 % від загального вмісту металічних елементів в організмі. Мікроелементи — це біологічно активні атоми центрів ферментів, гормонів (перехідні металічні елементи).

За концентрацією елементів в організмі біогенні елементи поділяють на макроелементи, мікроелементи, ультрамікроелементи. Біогенні елементи, масова частка яких у тілі людини перевищує 0,01 %, належать до макроелементів. До них належать 12 елементів: органогени, йони електролітного фону й Ферум. Вони становлять 99,99 % маси організму. А 99 % живих тканин містять тільки шість елементів: Карбон, Гідроген, Оксиген, Нітроген, Фосфор, Кальцій. Уміст в організмі людини Калію, Натрію, Магнію, Феруму, Хлору, Сульфуру коливається від 0,1 % до 1 %. Біогенні елементи, сумарний уміст яких становить близько 0,01 %, відносять до мікроелементів (Cu, Mo, Co, Cr, F, Br, І тощо). Більшість мікроелементів міститься переважно в тканинах печінки. Елементи, уміст яких менше ніж 10 %, відносять до ультрамікроелементів (Hg, Au, Ra, Se, Co, V, As, Ni, Li, Ba, Ті тощо). Біогенні хімічні елементи виявляють спорідненість до певних тканин організму. Пересвідчіться в цьому, проаналізувавши дані, наведені в таблиці 2.1.

Таблиця 2.1. Хімічні елементи в організмі людини

1. Проаналізуйте дані, наведені в таблиці 2.1, і визначте, якими кольорами позначено символи макро-, мікро- та ультромікроелементів. 2. Визначте, до яких періодів періодичної системи хімічних елементів належать біогенні елементи.

«Усе є отрутою, і ніщо не позбавлене отруйності; тільки доза робить отруту непомітною»1. Біологічну активність хімічних елементів в організмах визначено їхнім розташуванням у періодичній системі. Тобто біологічна активність хімічних елементів залежить від будови їхніх атомів. Зокрема, зі збільшенням атомної маси s-елементів І та II груп збільшується їхня токсичність і зменшується вміст в організмі. Багато які з хімічних елементів, особливо з-поміж важких, отруйні для організмів (табл. 2.2).

Таблиця 2.2. Розташування токсичних елементів в періодах і групах періодичної системи

У яких дозах мікроелементи справляють на організм позитивну (біотичну) дію? За умови застосування їх у концентраціях, близьких до тих, у яких вони містяться в організмі за звичних умов зовнішнього середовища. Для Купруму, Цинку, Кадмію, Йоду й деяких інших хімічних елементів ця концентрація становить 0,5-100 мкг/кг маси тіла людини. Саме в таких біотичних дозах мікроелементи без збудження фізіологічних бар’єрів організму й не зустрівши протидії з їхнього боку виявляють біологічну активність. Іншу зону токсикофармакологічної дії виявлено під час застосування мікроелементів у кількостях, які значно перевищують біотичні концентрації. У цьому разі мікроелементи долають опір фізіологічних бар’єрів, пошкодивши їх. Проникнення мікроелементів в організм у великій кількості зумовлює не біотичний, а токсичний ефект (мал. 2.2).

1 Вислів Парацельса (лат. Paracelsus), справжнє ім’я — Філіп Ауреол Теофраст Бомбастфон Гогенгайм (нім. von Hohenheim, 1493-1541) — лікаря епохи Відродження.

Мал. 2.2. Характерною ознакою необхідного елемента є дзвоноподібний вигляд кривої доза (n) — відповідна реакція (R, ефект)

Тобто мікроелементи потрібні організму лише в оптимальних кількостях. Тож тривалий дефіцит або, навпаки, надлишок будь-якого елемента призводить до порушення обміну речовин і, як наслідок, захворювань, тому особливого значення набуває збалансованість харчування за елементним складом. Наприклад, нестача в організмі Феруму призводить до анемії, оскільки цей елемент є складником гемоглобіну крові. У дорослої людини в крові міститься Ферум масою близько 2,6 г. У процесі життєдіяльності в організмі відбуваються постійне розкладання й синтез гемоглобіну. Для поповнення Феруму, утраченого внаслідок розкладання гемоглобіну, людині необхідно добове надходження в організм з їжею цього елемента масою близько 12 мг (у середньому). Однак надлишок Феруму в організмі теж шкідливий. Симптоми його надлишку схожі з ознаками гепатиту — жовтяничне забарвлення шкіри, склер, а також піднебіння та язика, свербіж, збільшення печінки. Крім того, порушується серцевий ритм, люди виглядають блідими, худнуть. Можлива також пігментація на долонях, в області пахв, у місцях старих рубців.

Трапляються елементи, які в порівняно великих кількостях є отрутами, а в малих дозах — корисними. Наприклад, Арсен — дуже отруйний елемент, що порушує діяльність серцево-судинної системи й уражає нирки та печінку, проте в ультрамалих дозах корисний, благотворно впливає на процеси кровотворення, обмін речовин тощо.

Показово, що кисень — проста речовина Оксигену — необхідний людині для дихання, у високій концентрації (особливо під тиском) є отруйним для організму.

Від хімічних елементів — до речовин. Неорганічні речовини, утворені біогенними хімічними елементами, належать до різних класів, наприклад, до оксидів — вода Н2О й вуглекислий газ СО2, до основ — амоніак NH3 (утворюється під час розпаду білків), до кислот — хлоридна кислота НСl (бере участь у травленні). Та найбільше в організмі — солей. Переважно саме розчинні солі забезпечують підтримку електролітного фону, а нерозчинні, гідроксилапатит Са (РО) (ОН), зокрема, надають кісткам скелета й зубам міцності.

Органічні речовини в організмі людини. Це, передусім, білки, жири, вуглеводи, амінокислоти, нуклеїнові кислоти, АТФ, вітаміни, ферменти, гормони тощо.

Про вміст у людському організмі важливих органічних і неорганічних речовин ви дізнаєтеся, проаналізувавши малюнок 2.3 (зробіть це).

Мал. 2.3. Уміст води, білків, жирів, вуглеводів, мінералів і вітамінів в організмі людини