Ikke-metaller og deres rolle i sammensetningen av levende ting. Ikke-metaller i naturen og menneskelivet. Oksiderende egenskaper til enkle stoffer av ikke-metaller

"Ikke-metaller i menneskelivet"

Grunnleggende ikke-metaller. I fri form kan det være gassformige ikke-metalliske enkle stoffer - fluor, klor, oksygen, nitrogen, hydrogen, faste stoffer - jod, astatin, svovel, selen, tellur, fosfor, arsen, karbon, silisium, bor. Ved romtemperatur finnes brom i flytende tilstand. Vi skal se på noen få

Bruksområde 1. Ved produksjon av polyvinylklorid, plastblandinger, syntetisk gummi, som de lager av: isolasjon for ledninger, vindusprofiler, emballasjematerialer, klær og sko, linoleums- og grammofonplater, lakk, utstyr og skumplast, leker, instrumenter deler, Bygningsmaterialer. 2. Klorens blekeegenskaper har vært kjent i lang tid, selv om det ikke er klor i seg selv som "bleker", men atomært oksygen, som dannes ved nedbrytning av underklorsyre. 3. Produksjon av klororganiske insektmidler - stoffer som dreper insekter som er skadelige for avlinger, men som er trygge for planter. En betydelig del av kloret som produseres forbrukes for å skaffe plantevernmidler. 4. Brukes som et kjemisk krigføringsmiddel, samt for produksjon av andre kjemiske krigføringsmidler: sennepsgass, fosgen.

5. For å desinfisere vann - "klorering". Den vanligste metoden for desinfisering av drikkevann; er basert på evnen til fritt klor og dets forbindelser til å hemme enzymsystemene til mikroorganismer som katalyserer redoksprosesser. Når det gjelder holdbarhet ved interaksjon med klorert vann, viser kobberkobbermaterialer positive resultater. vannrør. 6. B Mat industri registrert som mattilsetningsstoffer E925. 7. I kjemisk produksjon av saltsyre, blekemiddel, bertholletsalt, metallklorider, giftstoffer, narkotika, gjødsel. 8. I metallurgi for produksjon av rene metaller: titan, tinn, tantal, niob. 9. Som en indikator på solnøytrinoer i klor-argon-detektorer.

Klorens biologiske rolle. Mange utviklede land streber etter å begrense bruken av klor i hverdagen, blant annet fordi forbrenning av klorholdig avfall produserer en betydelig mengde dioksiner.

Påføring av svovel Svovel brukes til produksjon av svovelsyre, gummivulkanisering, som soppdrepende middel i jordbruk og hvordan kolloidalt svovel er - legemiddel. Svovel i svovelbitumensammensetninger brukes også til å produsere svovelasfalt.

Og svovel... deltar i dannelsen av brusk og beinvev, forbedrer funksjonen til ledd og leddbånd; påvirker tilstanden til huden, håret og neglene (del av kollagen, keratin og melanin); styrker muskelvev (spesielt i perioder med aktiv vekst hos barn og ungdom); deltar i dannelsen av visse vitaminer og forbedrer effektiviteten av vitamin B1, biotin, vitamin B5; har en sårheling og anti-inflammatorisk effekt; reduserer ledd- og muskelsmerter og kramper; hjelper med å nøytralisere og skylle ut avfall og giftstoffer fra kroppen; stabiliserer blodsukkernivået; hjelper leveren med å skille ut galle; øker motstanden mot radiostråling!

Takk for din oppmerksomhet

Lysbilde 1Biologisk rolle for de viktigste ikke-metallene
Lysbilde 2 Forekomsten av kjemiske elementer i levende og livløs natur varierer betydelig. Mer enn 1/2 av massen til jordskorpen er oksygen, 1/5 er silisium. I en levende organisme dominerer 6 ikke-metalliske elementer: C, H, O, N, P, S - som utgjør 97,4% av massen til hele organismen. Disse elementene kalles organogener.
Lysbilde 3 Levende organismer foretrekker forbindelser av de grunnstoffene som er i stand til å danne ganske sterke, men samtidig labile bindinger. Det er derfor organogen nummer 1 er karbon. Hydrogen og oksygen er mye mindre labile atomer, men de danner et stabilt og unikt eksistensmiljø for forbindelsene til andre grunnstoffer - vann - og sikrer forekomsten av både syre-base- og redoksprosesser.
Lysbilde 4 Makro- og mikroelementer Basert på deres kvantitative innhold i levende materie, deles kjemiske elementer vanligvis inn i "makro" og "mikro" elementer. Makroelementer inkluderer 4 elementer: C, H, O, N, som står for 96% av massen av levende materie. Mikroelementer inkluderer Ca, P, K, S (totalt 3%) og I, Cl, Fe, Na, Mg, Cu, Co, Zn (totalt 1%).
Slide 5 Makro- og mikroelementer fungerer grunnleggende ulike funksjoner i levende organismer. Makroelementer danner grunnlaget for støttende vev, gir egenskapene til hele miljøet i kroppen som helhet: opprettholde visse pH-verdier; osmotisk trykk; opprettholde syre-basebalansen innenfor de nødvendige grensene; holde partikler av visse stoffer i kolloidal tilstand.
Lysbilde 6 Egenskaper til ikke-metaller, organogener Oksygen Oksygen er et element som sikrer liv på jorden. Atmosfæren inneholder omtrent 20,8 % oksygen. Uten oksygen er mange og ekstremt viktige livsprosesser umulige, spesielt pusting. I levende organismer forbrukes oksygen ved oksidasjon av forskjellige stoffer, hovedprosessen er reaksjonen av oksygen med hydrogenatomer for å danne vann, som frigjør en betydelig mengde energi.
Lysbilde 7 Karbon Karbon, med tanke på innholdet i kroppen (21%) og dets betydning for levende organismer, er et av de viktigste organogenene. De enkleste karbonforbindelsene, for eksempel fritt karbon i form av sot og dets oksid CO, er giftige for mennesker. Langvarig kontakt med sot eller kullstøv forårsaker hudkreft. Det fineste kullstøvet forårsaker endringer i strukturen til lungene, noe som betyr at det forstyrrer funksjonene deres. Karbondioksid CO 2 er tilstede i biosfæren som et produkt av respirasjons- og oksidasjonsprodukter.
Lysbilde 8 Hydrogen Hydrogen finnes i naturen i form av vann og mange organiske forbindelser. Vann er kroppens viktigste levemiljø. Vann har høy spesifikk varmekapasitet og sørger på grunn av langsom varmeveksling med omgivelsene for å opprettholde en konstant kroppstemperatur. I vannmiljøet opprettholdes syre-basebalansen i kroppen gjennom buffersystemer (karbonat, fosfat og hemoglobin).
Lysbilde 9 Vev, organ, biovæske Vanninnhold, % pH Hjerne 83 6,8 – 7,4 Ryggmarg 74,8 “Nyrer 82” Hjerte 79 “Lunger 79” Muskler 75 “Hud 72 6,2 – 7,5 Lever 70 6,4 – 44 – 47. Magesaft 99,5 0,9 – 1,1 Spytt 99,4 6,35 – 6,85 Blodplasma 92 7,4 Urin 83 4,8 – 7,5 Galle 75 7,5 – 8,5 Tårevæske 99 7,4
Slide 10Nitrogen Nitrogen finnes i levende organismer i form av ulike organiske forbindelser: aminosyrer, peptider, purinbaser, etc., samt i form av fri N 2 tilført med inhalert luft. INGEN molekyler er i stand til å trenge inn i cellene i veggene i blodårene og regulere blodstrømmen; i tillegg kontrollerer NO insulinsekresjon, nyrefiltrering osv. Innånding av ammoniakkdamp NH 3 i store mengder er skadelig, siden ammoniakk skaper et svært alkalisk miljø på overflaten av slimhinnene i strupehodet og lungene, som forårsaker irritasjon og hevelse. .
Lysbilde 11 Fosfor Fosfor spiller en ekstremt viktig rolle i metabolismen. Mer enn 86 % av fosfor finnes i dyrs faste vev. I form av fosfat er fosfor en essensiell komponent i adenosintrifosfat (ATP). Fosfor er en del av proteiner, nukleinsyrer, nukleotider og andre biologisk aktive forbindelser.
Lysbilde 12 Svovel Svovel er en del av sulfhydrylgruppene til SH-proteiner, og finnes også i form av sulfater og hydrogensulfid i mage-tarmkanalen. Som et resultat av menneskelig aktivitet frigjøres svovelforbindelser til atmosfæren, som er de mest aktive luftforurensningene.
Lysbilde 13 Halogener Av halogenene er det viktigste bioelementet klor (0,1 vekt%). Klor finnes hovedsakelig i ekstracellulær væske. Kloridioner deltar i dannelsen av blodbuffersystemet, regulerer osmotisk trykk i vann-saltmetabolismen, fremmer avsetningen av glykogen i leveren og opprettholder høy surhet i magen. Mangel på jod forårsaker sykdommen hypotyreose, hvor endemisk struma vokser. F - ioner er tilstede i kroppen i bein og tannvev i form av fluorapatitt.
Lysbilde 14 Noen ikke-metaller (B, As, Se, Si, etc.) finnes ofte i kroppen i spormengder, likevel er deres rolle merkbar og betydelig. Selen (Se) har relativt nylig blitt ansett som et viktig grunnstoff. Mangelen viser seg i vekststopp, levernekrose og bukspyttkjertelatrofi. Arsen (As) er et sporstoff; i menneskekroppen varierer As-innholdet fra 0,008 til 0,02 mg per 100 g vev. Silisium (Si) er et mikroelement. Det er fastslått at i tilfeller av tuberkulose og kreft, reduseres frigjøringen av silisium fra nyrene. Inntrengning av silisiumforbindelser i kroppen forårsaker leukocytose, og innånding av støv med SiO 2 forårsaker yrkessykdommen silikose (sklerose av lungevev).

1. 1. Biologisk rolle av ikke-metaller i menneskelivet
2. 2. Ikke-metaller er enkle stoffer Typiske ikke-metaller inkluderer gasser og væsker. Ikke-metaller, i motsetning til metaller, leder elektrisk strøm mye dårligere og skiller seg betydelig i fysiske og mekaniske egenskaper og temperaturen ved overgang til aggregeringstilstander.
3. 3. Oksygen Oksygen er en del av alle vitale organiske stoffer: proteiner, fett, karbohydrater osv. Uten oksygen er mange og ekstremt viktige livsprosesser umulige, som respirasjon, oksidasjon av aminosyrer, fett, karbohydrater. Det normale oksygeninnholdet i luften (ca. 21%) skaper det nødvendige partialtrykket av oksygen, på grunn av hvilket vevet gjennom lungene og blodet er mettet med oksygen. Å redusere oksygeninnholdet i luften til 16-18 % har ikke nevneverdig effekt. Når oksygeninnholdet synker til 14 %, vises tegn på oksygenmangel, og en nedgang til 9 % er svært livstruende.
4. 4. Ozon Ozon er svært giftig for mennesker. I tillegg er den ekstremt eksplosiv selv i lave konsentrasjoner. Toksisiteten til ozon forverres av det faktum at det er en avhengighet av lukten av ozon. Den desinfiserende effekten av ozon er assosiert med den intensive dannelsen av superoksidradikaler, som raskt ødelegger cellemembraner. Virkningen av ozon er svært effektiv til å desinfisere vann.
5. 5. Hydrogen Vann er den viktigste hydrogenforbindelsen i en levende organisme. Vannets hovedfunksjoner er som følger: -Vann, som har høy varmekapasitet, sørger for opprettholdelse av en konstant kroppstemperatur. -Vann er et viktig medium for kroppen. -Vann opprettholder syre-basebalansen i kroppen. En viktig hydrogenforbindelse er hydrogenperoksid. Peroksid oksiderer lipidlaget av cellemembraner og ødelegger det. Ved behandling av små sår med en 3% peroksidløsning frigjøres oksygen, og det dannes skum, på grunn av hvilket partikler av vevsråte vaskes ut av såret. Hydrogenperoksid har også en hemostatisk effekt ved mindre blødninger.
6. 6. Fosfor Fosfor er en del av dyreskjelettet, tenner, proteiner, nukleinsyrer, nukleotider og andre biologisk aktive forbindelser. Fosfatbuffersystem er hovedbuffersystemet i blodplasma; sukker og animalske syrer kan bare brukes av kroppen etter fosforylering. Forbrenninger fra forbrenning av fosfor er ekstremt farlig, fordi... Oksydet som dannes ved forbrenning forårsaker brannskader først og fremst på grunn av den store mengden varme som frigjøres når oksidet reagerer med fuktighet på huden. Den resulterende ortofosforsyren trenger dypt inn i bindevevet og forårsaker hevelse på grunn av stor tilstrømning av intercellulær væske.
7. 7. Silisium Silisium tilhører urenhetselementene: innholdet i kroppen er ikke så høyt - bare 0,001%. Silisium finnes i leveren, binyrene, håret og øyelinsen. Siden silisiumoksid er uløselig i vann, kommer silisium inn i menneskekroppen gjennom inhalert støvlignende oksid. Når innholdet i støv økes, oppstår silikose - en alvorlig lungesykdom.

Vi la stor vekt på rollen til metaller. Det må imidlertid tas i betraktning at noen ikke-metaller også er helt nødvendige for kroppens funksjon.

Silisium

Silisium er også et viktig sporelement. Dette har blitt bekreftet av nøye studier av rotteernæring ved bruk av ulike dietter. Rotter fikk merkbar vekt når natriummetasilikat (Na2(SiO)3.9H2O) ble tilsatt til dietten deres (50 mg per 100 g). Høns og rotter trenger silisium for vekst og skjelettutvikling. Mangel på silisium fører til forstyrrelse av strukturen til bein og bindevev. Som det viste seg, er silisium tilstede i de områdene av beinet der aktiv forkalkning forekommer, for eksempel i beindannende celler, osteoblaster. Med alderen synker konsentrasjonen av silisium i cellene.

Lite er kjent om prosessene der silisium er involvert i levende systemer. Der er det i form av kiselsyre og deltar sannsynligvis i karbon-tverrbindingsreaksjoner. Hos mennesker viser det seg å være den rikeste kilden til silisium hyaluronsyre navlestreng. Den inneholder 1,53 mg fritt og 0,36 mg bundet silisium per gram.

Selen

Selenmangel forårsaker muskelcelledød og fører til muskelsvikt, spesielt hjertesvikt. Biokjemiske studier av disse forholdene førte til oppdagelsen av enzymet glutationperoksidase, som ødelegger peroksider.Mangel på selen fører til en reduksjon i konsentrasjonen av dette enzymet, som igjen forårsaker lipidoksidasjon. Selens evne til å beskytte mot kvikksølvforgiftning er velkjent. Mye mindre kjent er det faktum at det er en sammenheng mellom høyt innhold selen i kosten og lav kreftdødelighet. Selen inngår i menneskets kosthold i mengden 55-110 mg per år, og konsentrasjonen av selen i blodet er 0,09-0,29 µg/cm. Når det tas oralt, er selen konsentrert i leveren og nyrene. Et annet eksempel på selens beskyttende effekt mot forgiftning med lettmetaller er dets evne til å beskytte mot forgiftning av kadmiumforbindelser. Det viste seg at, som i tilfellet med kvikksølv, tvinger selen disse giftige ionene til å binde seg til ioniske aktive sentre, de som ikke er påvirket av deres toksiske effekt.

Arsenikk

Til tross for de velkjente toksiske effektene av arsen og dets forbindelser, er det pålitelige bevis for at mangel på arsen fører til en reduksjon i fruktbarhet og vekstinhibering, og tilsetning av natriumarsenitt til mat førte til en økning i menneskelig veksthastighet.

Klor og brom

Halogenanionene er forskjellige fra andre ved at de er enkle anioner i stedet for oksoanioner. Klor er ekstremt utbredt, det er i stand til å passere gjennom membranen og spiller en viktig rolle for å opprettholde osmotisk balanse. Klor er tilstede i form av saltsyre i magesaft. Konsentrasjonen av saltsyre i human magesaft er 0,4-0,5%.

Det er noen tvil om rollen til brom som sporstoff, selv om dens beroligende effekt er pålitelig kjent.

Fluor

Fluor er helt nødvendig for normal vekst, og mangelen fører til anemi. Mye oppmerksomhet har vært rettet mot metabolismen av fluor i forbindelse med problem med tannkaries, siden fluor beskytter tennene mot karies.

Tannkaries er studert i tilstrekkelig detalj. Det begynner med dannelsen av en flekk på overflaten av tannen. Syrer produsert av bakterier løser opp tannemaljen under flekken, men merkelig nok ikke fra overflaten. Ofte forblir toppflaten intakt til områdene under er fullstendig ødelagt. Det antas at på dette stadiet kan fluoridionet lette dannelsen av apatitt. På denne måten blir skaden som har begynt reminelisert.

Fluor brukes for å forhindre ødeleggelse av tannemaljen. Du kan tilsette fluor i tannkrem eller direkte behandle tennene dine med det. Fluorkonsentrasjonen som kreves for å forhindre karies er drikker vann ca. 1 mg/l, men forbruksnivået avhenger ikke bare av dette. Bruk av høye konsentrasjoner av fluor (mer enn 8 mg/l) kan påvirke de delikate likevektsprosessene ved benvevsdannelse negativt. Overdreven absorpsjon av fluor fører til fluorose. Fluor fører til skjoldbrusk dysfunksjon, veksthemming og nyreskade. Langvarig eksponering for fluor i kroppen fører til mineralisering av kroppen. Som et resultat deformeres beinene, som til og med kan vokse sammen, og det oppstår forkalkning av leddbåndene.

Jod

Den viktigste fysiologiske rollen til jod er dets deltakelse i metabolismen av skjoldbruskkjertelen og dens iboende hormoner. Evnen til skjoldbruskkjertelen til å akkumulere jod er også iboende i spytt- og brystkjertlene. Og også til noen andre organer. For øyeblikket antas det imidlertid at jod spiller en ledende rolle bare i livet til skjoldbruskkjertelen.

Mangel på jod fører til karakteristiske symptomer: svakhet, gulfarging av huden, kald og tørr følelse. Behandling med skjoldbruskkjertelhormoner eller jod eliminerer disse symptomene. Mangel på skjoldbruskkjertelhormoner kan føre til en forstørret skjoldbruskkjertel. I sjeldne tilfeller (en belastning i kroppen av ulike forbindelser som forstyrrer absorpsjonen av jod, for eksempel tiocyanat eller antithyreoideamiddelet goitrin, som finnes i ulike typer kål), dannes en struma. Mangel på jod har en spesielt sterk innvirkning på helsen til barn, de henger etter i fysisk og mental utvikling. Et jod-mangel kosthold under graviditet fører til fødsel av hypotyreoide barn (cretins).

Overskudd av skjoldbruskkjertelhormoner fører til utmattelse, nervøsitet, skjelvinger, vekttap og overdreven svette. Dette skyldes en økning i peroksidaseaktivitet og følgelig en økning i jodering av tyroglobuliner. Overskudd av hormoner kan være en konsekvens av en svulst i skjoldbruskkjertelen. Under behandlingen brukes radioaktive isotoper av jod, som lett absorberes av skjoldbruskkjertelceller.

Ikke-metaller-organogener (O, C, H, N, P, S), så vel som halogener, danner de viktigste biogeokjemiske syklusene i naturen. Enkle uorganiske forbindelser av disse ikke-metallene (H2 O, CO, CO2, NH3, NO2, SO2, H2 SO4, H3 PO4, etc.) er avfallsprodukter fra mennesker og dyr. Fragmenter av disse syklusene er transformasjonen av noen organogene forbindelser til andre med deltakelse forskjellige typer bakterier, for eksempel, i jorda er det overganger H2 → H2 O, CO → CO2, N2 → NH3, NH3 → NO2, NO3 - → NO2, NO3 - → NH3, S → S2 O3 2- → SO2 → SO4 2- . Ved å ordne de organogene elementene i synkende rekkefølge etter innholdet (i masse-%), får vi: O > C > H > N > P > S. I følge denne serien, og ikke den tradisjonelle appellen til gruppene i det periodiske systemet, vil vurdere egenskapene til ikke-metalliske organogener.

4.1. Oksygen

Oksygen er grunnstoffet som gir liv på jorden. Atmosfæren inneholder omtrent 20,8 % oksygen. Stålkomponentene i luften er det dominerende nitrogenet N2 (78,08%), samt Ar (0,93%), CO2 (0,02 - 0,04%), Ne (1,92 10-3%), He (5,24 10-4%) , Kr (1,14 10-4%), H2 (5,0 10-5%), Xe (8,7 10-6%). Det skal bemerkes at innholdet i ki-

Karbonet i atmosfæren forblir overraskende konstant, til tross for alle de oksidative prosessene med respirasjon og forbrenning som skjer på jorden. Hovedfaktoren som opprettholder det konstante oksygeninnholdet i jordens atmosfære er fotosyntese, og hovedbidraget kommer ikke fra landbaserte grønne planter, men av plankton og alger i verdenshavene, som står for omtrent 80 % av oksygenet som frigjøres. Generelt er liv på jorden bare mulig i et ganske smalt område av oksygeninnhold i atmosfæren: fra 13 til 30%. Når oksygeninnholdet er mindre enn 13 %, dør aerobe skapninger (dvs. de som bruker oksygen i livet), og når oksygeninnholdet er høyere enn 30 %, er prosessene med oksidasjon og forbrenning så intense at selv en våt fille kan ta fyr, og det aller første lynnedslaget ville brenne alt på jorden til bakken.

For mange levende organismer viktig del metabolisme (metabolisme) utgjør respirasjonssyklusen, som fører til rask dannelse av mange stoffer. I utåndingsluften inneholder således små mengder i tillegg til CO2 hydrokarboner, alkoholer, ammoniakk, maursyre HCOOH, eddiksyre CH3 COOH, formaldehyd HCHO og noen ganger aceton (CH3)2CO. Når en person puster i en høyde på 10 km i sjeldne luft, på grunn av mangel på oksygen i den utåndede gassblandingen, øker innholdet av ammoniakk, aminer, fenol, aceton kraftig, og til og med hydrogensulfid vises.

Uten oksygen er mange og ekstremt viktige livsprosesser umulige, spesielt pusting. Bare noen få planter og enkle dyr klarer seg uten oksygen og kalles derfor anaerobe. I levende organismer forbrukes oksygen ved oksidasjon av forskjellige stoffer, hovedprosessen er reaksjonen av oksygen med hydrogenatomer for å danne vann, som frigjør en betydelig mengde energi. Aerobe organismer får også energi gjennom oksidasjon næringsstoffer i celler og vev til CO2, H2O,

(NH2)2CO.

Under normal respirasjon reduseres molekylært oksygen som kommer inn i lungene til vann: O2 + 4H+ + 4e 2H2 O, og H+-ioner sammen med elektroner frigjøres når kroppens organiske substrat mister H-atomer: [substrat(4H)] → 4H + substrat → 4H + + 4e + substrat. Med patologi oppstår ufullstendig utvinning: O2 + 2H+ + 2e H2 O2 eller O2 + e O2 - . Dette radikalet kalles

dannes av superoksidradikal (SOR). Det kan være gunstig når det ødelegger ukontrollert voksende celler, men det kan også være veldig giftig når det ødelegger cellemembranene til friske, nødvendig for kroppen celler. I tillegg er den skadelige effekten av SOP at den inaktiverer enzymer, depolymeriserer polysakkarider og forårsaker enkeltbrudd i DNA-strukturen. Ethvert stoff i kroppen med et passende potensial kan ta del i den middels langsomme en-elektronreduksjonen av O2 til COP. I dette tilfellet dannes H2 O2, som i neste trinn av en-elektronreduksjon gir hydroksidradikalet OHc med høy reaktivitet, som raskt oksiderer ethvert stoff i cellen. Det hydrofobe O2-molekylet passerer lett inn i cellen gjennom hydrofobe lipidmembraner og begynner å oksidere organisk materiale til O2- og OH-radikaler. Disse polare radikalene blir "låst" i cellen fordi de ikke kan rømme tilbake gjennom cellemembranene. For å slukke deres "aggresjon" brukes spesielle enzymer superoksiddismutase, katalase og peroksidase. I tillegg er det stoffer med lav molekylvekt - antioksidanter (for eksempel vitamin A og E) som ikke-enzymatisk nøytraliserer disse farlige partiklene. COP, for eksempel, er også aktivt bundet av Fe(3+)-ioner. Noen ganger er isolering av COP nyttig, for eksempel danner antitumorantibiotika (bleomycin) et kompleks med metallioner Mn+, som katalyserer den raske reduksjonen av O2 til COP, som ødelegger DNA i svulsten.

Allotropisk modifikasjon av oksygen er ozon O3. I atmosfæren dannes ozon ved den fotokjemiske reaksjonen O2 + O →hν→ O3, og atomært aktivt oksygen dannes også på grunn av reaksjonen NO + O2 → NO2 + O. Den gunstige effekten av ozon i atmosfæren ligger i det faktum at ozon ikke bare absorberer den biologisk aktive og dermed farlige delen av solens ultrafiolette stråling, men også deltar i dannelsen av det termiske regimet til overflaten på planeten vår. Den beholder varmen som forlater jorden i de spektrale intervallene ("transparensvinduer") der CO2 og H2O absorberer denne varmen dårlig. Ozon er svært giftig for mennesker. Dens maksimalt tillatte konsentrasjon (MPC) i luften er 0,5 mg/m3. Ozon endrer strukturen til lungene, undertrykker deres funksjoner, og reduserer dermed motstanden mot luftveissykdommer. Som det sterkeste oksidasjonsmidlet (på 2. plass etter fluor), oksiderer ozon intensivt aminosyrer og enzymer som inneholder svovel

(cystein HSCH2 CH(NH2)COOH, metionin CH3 SCH2 CH2 CH(NH2)COOH, samt tryptofan C8 H6 NCH2 CH(NH2)COOH, histidin C3 H3 N2 CH(NH2)COOH, tyrosin HOC6 H4 CH2 CH( NH2)COOH.

Dermed er molekylært oksygen O2 ikke giftig for levende organismer, i motsetning til andre former: ozon O3, eksitert O2-molekyl, OH-radikal, atomær O, HO2-radikal, COP O2 -.

4.2. Karbon

Karbon, med tanke på innholdet i kroppen (21%) og dets betydning for levende organismer, er et av de viktigste organogenene. Siden denne håndboken er viet spesifikt til biouorganisk kjemi, vil vi ikke berøre organiske forbindelser av levende natur, som er gjenstand for studiet av bioorganisk kjemi. De enkleste karbonforbindelsene, for eksempel fritt karbon i form av sot og dets oksid CO, er giftige for mennesker. Langvarig kontakt med sot eller kullstøv forårsaker hudkreft ("skorsteinsfeiersykdom", som det tidligere ble kalt). Det fineste kullstøvet forårsaker endringer i strukturen til lungene, noe som betyr at det forstyrrer funksjonene deres. CO-oksid er ekstremt giftig, den toksiske effekten skyldes at CO binder seg til hemoglobin i blodet ~10 3 ganger lettere enn oksygen, og derfor forårsaker kvelning.

Karbondioksid CO2 er tilstede i biosfæren som et produkt av respirasjons- og oksidasjonsprodukter. Årlige utslipp av CO og CO2 til atmosfæren er 2 108 og 9 109 tonn

følgelig (til sammenligning er hydrokarbonutslippene 8 107 tonn per år). CO2 er lett løselig i vann, så tilstedeværelsen i biovæsker er ubetydelig. Imidlertid skjer en viktig prosess i magen enzymatisk reaksjon CO2 + Cl- + H2 O→ HCO3 - + H+ + Cl-, som et resultat av at proteiner brytes ned i et surt miljø. Merk at uten enzymer fortsetter denne reaksjonen i motsatt retning.

4.3. Hydrogen

Hydrogen finnes i naturen i form av vann og en rekke organiske forbindelser (tabell 1). Vann er kroppens viktigste levemiljø. De fleste stoffer som er involvert i metabolske prosesser, løses opp i den. Vanninnholdet i kroppens organer og vev er ganske høyt:

Tabell 3

Vev, organ, bio-
væske
Hjerne
Ryggmarg
Magesaft
Blodplasma
Tårevæske

Det fysiologiske miljøet for mennesker er en 0,9 % NaCl-løsning. Vann har høy spesifikk varmekapasitet og sørger på grunn av langsom varmeveksling med omgivelsene for å opprettholde en konstant kroppstemperatur. Ved overoppheting fordamper vann fra overflaten av kroppen. På grunn av den høye varmen fra fordampning av vann, er denne prosessen ledsaget av energiforbruk, og kroppstemperaturen synker. I vannmiljøet opprettholdes syre-basebalansen i kroppen gjennom buffersystemer (karbonat, fosfat og hemoglobin).

Som det fremgår av tabell 3, tilsvarer kroppens gjennomsnittlige pH-verdi pH-verdien til fysiologisk løsning og varierer fra 6,8 til 7,4. Imidlertid kan individuelle organer og vev ha pH-verdier som avviker sterkt fra fysiologiske. Så surheten i magen er høy, og pH er 0,9 - 1,1. Dette er nødvendig slik at under virkningen av enzymet pepsin, som er aktivt i et surt miljø, brytes peptidene til proteinkomponenten i maten ned. Galle har en lett alkalisk reaksjon (pH 7,5 – 8,5), som er nødvendig for alkalisk hydrolyse av fett.

4.4. Nitrogen

Nitrogen er tilstede i levende organismer i form av ulike organiske forbindelser: aminosyrer, peptider, purinbaser, etc., samt i form av fri N2 tilført inhalert luft. Nitrogenkretsløpet i naturen er nært beslektet

kaller geosfæren og biosfæren, og bekrefter deres enhet. Det er mange bakterier som lett kan omdanne en nitrogenforbindelse til en annen, med en endring i oksidasjonstilstanden til nitrogen. Så, for eksempel, hvis syntesen av ammoniakk i teknologi utføres under tøffe forhold, i biosfæren skjer bindingen av atmosfærisk N2 og dens omdannelse til NH3 på en enklere enzymatisk måte med deltakelse av nitrogenase:

N2 + 16ATP + 8e + 8H+ 2NH3 +16ADP +16[P i uorganiske fosfater] +H2, hvor ATP og ADP er henholdsvis adenosintrifosfat og adenosindifosfat, og det antas at den opprinnelige ATP er i form av et kompleks med Mg. Mikroorganismer involvert i denne reaksjonen er tilstede i rotknutene til noen planter, så vel som

V blågrønnalger. Enzymet nitrogenase, som inneholder proteiner samt Mo og Fe, er kun aktivt under anaerobe forhold. Studier har vist at ved restaurering

Reduksjonen av N2 til NH3 danner ikke NH=NH og NH2-NH2. Dette tyder på at enzymet sannsynligvis har 2 aktive sentre: på det ene er nitrogenmolekylet delt, og på det andre er H-atomet koordinert. Andre gjensidige transformasjoner forekommer også i naturen

nitrogenforbindelser: nitrifikasjon eller oksidasjon av NH3 til NO2, samt reduksjon av nitration fra gjødsel under påvirkning av planteenzymer eller anaerobe bakterier

ry til NO2 eller til og med til NH3. Uorganiske nitrogenforbindelser er vanligvis giftige

er tilstede, med unntak av det enkle stoffet N2 og i små mengder N2 O. Hvert år slippes ~ 5·107 tonn ulike nitrogenoksider NOx og ~ 107 tonn andre nitrogenforbindelser ut i atmosfæren. NO-molekylet, ifølge moderne konsepter, til tross for utseendet

den pågående vanskeligheten med å danne den fra enkle stoffer, er tilstede i atmosfæren i enorme mengder. Det antas at opptil 7 107 tonn atmosfærisk N2 per år reagerer med O2 som følge av høytemperaturprosesser som industriell forbrenning og transport. Det er vist at nitrogenoksider, som ozon, er i stand til å samhandle med produktene fra ufullstendig forbrenning av drivstoff for å danne høystrøm

sic peroxonitrat RCOONO2. Under påvirkning solstråling I de øvre lagene av atmosfæren finner fotokjemiske reaksjoner sted med deltakelse av NOx, som katalyseres av de faste støvpartiklene som finnes der. I menneskekroppen NO

dannes i en mengde på ~100 mg per dag fra arginin i henhold til reaksjonen: NH=C(NH2 ) - NH(CH2 )3 CH(NH2 )COOH + 3/2O2 →NO syntetaseenzym → H2 NCONH(CH2 )3 CH(NH2 ) COOH + 2NO + H2 O. Det er kjent at NO-molekyler er i stand til å trenge inn i cellene i blodkarveggene og regulere blodstrømmen; i tillegg kontrollerer NO insulinsekresjon, nyrefiltrering og reparative prosesser

V vev osv. NO er ​​altså et tosidig molekyl som viser både giftige og utvilsomt gunstige effekter. For eksempel, når du tar et så vanlig hjertemedisin som nitroglyserin, hydrolyseres det til dannelse nitration, som reduseres av hemoglobinjern til NO, og da er det NO som gir avspenning av vaskulær glatt muskulatur. Andre nitrogenoksider

NO2, N2 O3 er svært giftige og kan forårsake kvelning og lungeødem. Nitritt-ionet NO2 - er spesielt giftig fordi det oksiderer methemoglobin og forstyrrer prosessen med O2-overføring i kroppen. I tillegg danner nitrittion kreftfremkallende nitrosoamin i magen. Imidlertid ble NaNO2 tidligere brukt som vasodilator for angina pectoris og cerebrale vaskulære spasmer. I I det siste NaNO2 ble forlatt på grunn av dens utvilsomme toksisitet, og erstattet den med nitroglyserin eller nitrosorbi-

de som ikke har slikt bivirkninger. Innånding av ammoniakkdamp NH3 i store mengder er skadelig, siden ammoniakk skaper et svært alkalisk miljø på overflaten av slimhinnene i strupehodet og lungene, noe som forårsaker irritasjon og hevelse.

I tillegg trenger små NH3-molekyler lett gjennom cellemembraner og konkurrerer med mange ligander i koordinering med metallioner.