>>> Перейти на полный размер сайта >>>

Учебник для 11 класса

Естествознание

       

§ 23. Химия человека

  1. Перечислите физические и химические свойства воды.
  2. Объясните, какие реакции называют реакциями гидролиза.

Химическим состав тела человека. Человек — это неотъемлемая часть живой природы и имеет такую же химическую организацию, какую имеют все живые организмы на Земле. Её основу составляют неорганические и органические вещества, построенные 70 химическими элементами. Эти элементы называются биогенными (т. е. рождающими жизнь).

Атомы таких элементов занимают первые четыре периода таблицы Д. И. Менделеева и, следовательно, характеризуются небольшими радиусами и сравнительно малой относительной атомной массой. Поэтому они способны давать прочные ковалентные связи, чем и объясняется их биологическая роль. На диаграмме (рис. 103) показано, из каких химических элементов состоит тело человека.

Рис. 103. Химические элементы в организме человека

Если массовая доля элемента в организме превышает 10-2%, то его следует отнести к макроэлементам. На 4 элемента — кислород, углерод, водород и азот — приходится 96% массы тела человека. Кроме этих элементов к макроэлементам относятся фосфор, сера, кальций, калий, натрий.

Других элементов в организме человека содержится значительно меньше — 10-3—10-5%. Их называют микроэлементами (железо, хлор, кремний, алюминий, марганец). Если содержание элемента ниже 10-5%, его считают ультрамикроэлементом (медь, марганец, иод, цинк, фтор, бром). Конечно, такая граница условна, например магний попадает в промежуточную область между макро- и микроэлементами.

      Но вот его ценностью — довольно мило:
      Жира — на семь копеек мыла,
      Железа — на гвоздик, тупой с обоих,
      Фосфора — на три копейки спичек,
      Калия — выстрел (да и он плох),
      Серы — против десятка блох.
      Всего же в итоге на сорок копеек.

/И. Сельвинский/

Неорганические вещества, образованные химическими элементами, относятся к разным типам и классам веществ.

Например, простое вещество кислород составляет основу дыхания, к оксидам относятся известные каждому человеку вода и углекислый газ, к основаниям — образующийся при распаде белков аммиак, к кислотам — содержащаяся в желудке соляная кислота. Однако наибольшая доля неорганических веществ приходится на минеральные соли.

В то время как неорганические вещества встречаются и в неживой природе, органические соединения характерны только для живых организмов. К таким соединениям относят белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты, витамины, гормоны, АТФ. Процентный состав их (а также воды) представлен в таблице 9.

Таблица 9
Состав веществ тела взрослого человека, %

Вода, её количество и водный баланс в организме человека. Выдающийся немецкий физиолог Э. Д. Раймон писал: «Жизнь — это одушевлённая вода». Данные таблицы 9 как нельзя лучше подтверждают это высказывание.

Трёхдневный человеческий зародыш на 97% состоит из воды, трёхмесячный — на 91%, восьмимесячный — на 81% , новорождённый ребёнок — на 80%, годовалый — на 70%. В организме взрослого человека воды немного меньше — 68%. При старении этот процент уменьшается до 60—65% (рис. 104).

Рис. 104. Уменьшение с возрастом содержания воды в организме человека

Без пищи человек может прожить около месяца, если во время этой голодовки будет потреблять жидкость, а без воды он погибнет через несколько дней. Взрослый человек для поддержания своей жизни должен получать около 2,5 л воды в сутки, за 60 лет в среднем выпивается 50 т воды — целая железнодорожная цистерна.

При нормальных условиях организм здорового человека находится в состоянии водного равновесия, т. е. количество потребляемой и образующейся в организме воды равно выделяемой. Нарушение этого равновесия приводит к тяжёлым последствиям.

Функции воды в организме человека. Как вы уже знаете из курса 10 класса, вода играет большую роль в организации жизни на Земле. Напомним основные функции воды применительно к человеку.

Вода — транспортное средство для циркулирующих в теле клеток крови, она же обеспечивает транспортировку всех веществ в пределах организма. Все жизненные процессы протекают с участием воды, они связаны с её постоянным перераспределением и перемещением. Процессы пищеварения, обмена веществ, кроветворения, синтеза тканей совершаются в водных растворах и с участием воды. Она доставляет в органы человеческого тела химические вещества, участвующие в координации физиологических и биохимических процессов, осуществляемых через жидкие среды организма. Вода играет важную роль и в газообмене, так как растворяет кислород и углекислый газ. Ядовитые шлаки удаляются из нашего организма только в водной среде.

Вода приводит в действие ионные насосы, так как свободно проходит через мембраны и обеспечивает перемещение ионов натрия и калия в обоих направлениях по всей длине нервных отростков, что обеспечивает нейропередачу в головном и спинном мозге, а также в нервах. Вода транспортирует в клетку натрий, а калий выводит, за счёт этого и создаётся разность потенциалов в 60 мВ. На клеточных мембранах располагаются сотни тысяч ионных насосов, генерирующих напряжение.

Вода регулирует температуру нашего тела, осуществляя теплопередачу с поверхности кожи (рис. 105), а также путём испарения пота.

Рис. 105. Терморегуляция у бегущего спортсмена осуществляется через кожу

Вода участвует в обменных процессах организма. Как вы помните, реакции гидролиза белков, жиров и углеводов — это химическая основа обмена веществ в организме, а реакции гидролиза АТФ — это химическая основа обмена энергии. Без обмена веществ и энергии немыслима сама жизнь.

      Вода
      Благоволила
      Литься!

      Она
      Блистала
      Столь чиста,

      Что — ни напиться,
      Ни умыться,
      И это было неспроста.

      Ей не хватало
      Ивы, тала
      И горечи цветущих лоз.

      Ей водорослей не хватало
      И рыбы, жирной от стрекоз.
      Ей не хватало быть волнистой,
      Ей не хватало течь везде.

      Ей жизни не хватало —
      Чистой
      Дистиллированной воде!

/Л. Мартынов/

В стихотворении Мартынова отражена не вся диалектика: при продолжительном употреблении дистиллированная вода вредна для организма, так как вымывает из клеток желудка и кишечника полезные соли, необходимые для нормальной жизнедеятельности. Однако без дистиллированной воды не будет целой промышленности, работающей на здоровье человека, — фармацевтической, ведь все лекарственные и медицинские растворы готовятся на дистиллированной воде.

Минеральные вещества. Минеральные вещества присутствуют в клетках в виде нерастворимых солей (например, основное количество кальция и фосфора содержится в костях в форме гидроксофосфата кальция Са10(РО4)6(ОН)2) или в форме молекул и ионов (например, соляная кислота желудка необратимо диссоциирует как сильный электролит на ионы Н+ и Сl-) содержатся в жидких средах организма (табл. 10).

Таблица 10
Концентрация ионов в жидких средах организма человека

Напомним, что осмотическое давление — это избыточное давление на клеточные жидкости, отделённые от внеклеточных жидкостей полупроницаемой мембраной, при котором прекращается диффузия внеклеточных веществ.

Основное значение минеральных веществ заключается в поддержании определённых физико-химических условий во внутренней среде организма (в поддержании кислотно-щелочного равновесия, осмотического давления клеточных и внеклеточных жидкостей, водно-солевом обмене, системе свёртывания крови, регуляции многочисленных ферментных реакций), а также в формировании и сохранении структур плотных тканей (скелета) (рис. 106). О роли соединений кальция, например, в организме человека замечательно написала поэтические строчки Вера Инбер в «Пулковском меридиане» — о ленинградцах-блокадниках.

Рис. 106. Здоровые зубы — признак здорового человека

      ...Ох! День ото дня
      Из наших клеток исчезает кальций.
      Слабеем.

/В. Инбер/

Заболевания, связанные с недостатком или избытком некоторых химических элементов в организме человека. Установлено, что многие биологические катализаторы — ферменты — содержат ионы переходных металлов (d-элементов). Например, известно, что марганец входит в состав 12 различных ферментов, железо — в состав 70, медь — в состав 30, а цинк — в состав более чем 100 ферментов.

Недостаток в организме железа приводит к анемии (малокровию), так как оно входит в состав гемоглобина крови, а точнее его небелковой части — гема. У взрослого человека в крови содержится около 2,6 г железа. Для восполнения железа, потерянного с распадом гемоглобина, человеку необходимо суточное поступление в организм с пищей в среднем около 12 мг этого элемента. Связь анемии с недостатком железа была известна врачам давно, ещё в XVII в. в некоторых европейских странах при малокровии прописывали настой железных опилок в красном вине. Однако избыток железа в организме тоже вреден. С ним связан сидероз глаз или лёгких — заболевание, вызываемое отложением соединений железа в тканях этих органов. Главный регулятор содержания железа в крови — печень.

Недостаток в организме меди приводит к нарушению стенок кровеносных сосудов, патологическому росту костей, дефектам в соединительных тканях. Кроме того, считают, что дефицит меди служит одной из причин раковых заболеваний. В некоторых случаях поражение лёгких раком у людей пожилого возраста врачи связывают с возрастным снижением содержания меди в организме. Избыток же меди приводит к нарушению психики и параличу некоторых органов (болезнь Вильсона). Человеку причиняют вред лишь относительно большие количества соединений меди. В малых дозах их используют в медицине как вяжущее и бактериостазное (задерживающее рост и размножение бактерий) средство. Так, например, сульфат меди (II) применяют при лечении конъюнктивитов в виде глазных капель (25%-й раствор), а также для прижиганий при трахоме в виде глазных карандашей (сплав сульфата меди (II), нитрата калия, квасцов и камфары). При ожогах кожи фосфором проводят её обильное смачивание 5% -м раствором сульфата меди (II).

В таблице 11 приведены симптомы, возникающие при дефиците в организме человека разных химических элементов.

Таблица 11
Характерные симптомы при дефиците химических элементов
в организме человека


Основные классы органических веществ (белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты) и их значение были рассмотрены при изучении уровней организации жизни на Земле. Биологические функции веществ этих классов характерны для всех живых организмов, включая человека.

Другие биологически активные вещества — гормоны, витамины и лекарства — будут рассмотрены далее в отдельных параграфах.

Теперь вы знаете

  • каков химическим состав тела человека
  • функции воды в организме человека
  • значение минеральных веществ
  • какие заболевания связаны с недостатком или избытком некоторых химических элементов в организме человека

Теперь вы можете

  • перечислить химические элементы, которые содержатся в организме человека
  • привести примеры макроэлементов, микроэлементов и ультрамикроэлементов в организме человека
  • назвать заболевания, связанные с недостатком или избытком разных химических элементов в нашем организме

Выполните задания

  1. Объясните, какие элементы называют биогенными и почему они расположены в I—IV периодах таблицы Д. И. Менделеева.
  2. Определите, какие биогенные элементы по их содержанию в opгaнизмe человека являются макроэлементами, какие — микроэлементами, какие — ультрамикроэлементами.
  3. Охарактеризуйте роль воды в жизнедеятельности организма человека.
  4. Проанализируйте значение минеральных веществ для человеческого организма.
  5. Перечислите симптомы, появляющиеся у людей с дефицитом разных химических элементов.
  6. Сформулируйте, что такое гуморальная регуляция жизнедеятельности организма человека. Как углекислый газ выступает в роли гуморального фактора?

Темы для рефератов

  1. Биохимия: история её развития, современные достижения.
  2. Биологическая роль белков, жиров и углеводов в организме человека.
  3. Химические элементы в организме человека и животных.

Рейтинг@Mail.ru