План:

1.       Елементний склад живих організмів.

2. Неорганічні сполуки: Вода і мінеральні речовини.

Література: Загальна біологія: Підр./ М.Є. Кучеренко та інш. 1998. с. 11-16

1. Живі ор­ганізми містять майже всі відомі у природі хімічні елементи. Одні з них виявлено як обов'язкові в усіх без винятку організмах, інші — властиві тільки окремим видам і тому трапляються рідко.

У живих організмах у найбільшій кількості присутні чотири хімічні елементи: кисень, вуглець, водень та азот. Це так звані органогенні елементи, на їхню частку припадає майже 98% хімічного вмісту клі­тини. Наступну групу складають макроелементи - фосфор, калій, сірка, хлор, кальцій, магній, натрій, залізо, сумарна частка яких ста­новить до 1,9%. Інші хімічні елементи (понад 50) належать до мікро­елементів (йод, кобальт, марганець, мідь, молібден, цинк тощо). Вміст кожного з них у клітині порядку 10^-3 – 10^-12%. Ще менше в клітині ультрамікроелементів (свинцю, брому, срібла, золота тощо).

Усі хімічні елементи, що містяться в клітині, входить до складу органічних і неорганічних сполук або перебувають у вигляді іонів.

2. Серед неорганіч­них сполук живих організмів воді належить особлива роль. Вода є основним середовищем, де відбуваються всі процеси обміну, її вміст у більшості живих організмів становить 60-70%, а у деяких (меду­зи) - до 98%.

Вода має унікальні хімічні та фізичні властивості. Порівняно з інши­ми рідинами, у неї відносно високі температури кипіння, плавлення та випаровування, що зумовлено взаємодією між сусідніми молекула­ми води. Молекула води (Н₂0) полярна. Вона складається з двох ато­мів водню, сполучених з атомом кисню міцним ковалентним зв'яз­ком). За­галом молекула води електронейтральна, але на її різних полюсах розміщені позитивний і негативний заряди, тобто вона полярна.

Вода визначає фізичні властивості клітин — їхній об'єм, вну­трішньоклітинний тиск (тургор).

Вода формує водяну оболонку навколо деяких сполук (наприклад, білків), що перешкоджає їхній взаємодії. Таку воду називають зв'язаною (структурованою), її частка — 4—5% загальної кількості в організмі. Інша частина води (95-96%) має назву вільної: вона є універсальним розчинником. Вода значно кращий розчинник, ніж більшість інших відомих рідин.

Воді як універсальному розчиннику належить надзвичайно важ­лива роль. Більшість хімічних реакцій відбувається тільки у водних розчинах. Проникнення речовин у клітину і виведення з неї про­дуктів життєдіяльності здебільшого можливе лише у розчиненому стані. Вода бере безпосередню участь у біохімічних перетвореннях (реакції гідролізу).

Із водою пов'язана також регуляція теплового режиму організ­мів, їй властива велика теплоємність, тобто здатність поглина­ти тепло за незначних змін своєї температури. Саме завдяки цьому вода запобігає різким змінам температури у клітинах і організмі в цілому за значних її коливань у навколишньому середовищі. Ос­кільки на випаровування води витрачається багато теплоти, орга­нізми у такий спосіб захищають себе від перегрівання (наприклад, транспірація у рослин, потовиділення у ссавців). Завдяки високій теплопровідності вода забезпечує рівномірний розподіл теплоти між тканинами організму через систему кровообігу, циркуляцію рідини порожнини тіла тощо.

Під впливом розчинених речовин вода може змінювати свої влас­тивості, такі як температуру замерзання і кипіння, що має важливе біологічне значення. Наприклад, у клітинах рослин і холоднокров­них тварин із настанням зими підвищується концентрація розчи­нів вуглеводів й інших сполук, що знижує температуру, при якій вода переходить у кристалічний стан, і запобігає замерзанню цих організмів.

Солі неорганічних речовин мають важливе значення для під­тримання життєдіяльності клітини і організму в цілому. В організмі вони перебувають або в іонному стані, або у вигляді твердих сполук. Іони утворені катіонами металів (калію, кальцію, натрію, магнію тощо) й аніонами кислот (соляної, сірчаної, фосфорної, вугільної тощо).

Чимало важливих функцій виконують неорганічні кислоти та їхні солі. Соляна кислота створює кисле середовище у шлунку хребетних тварин і людини, забезпечуючи активність ферментів шлунко­вого соку. Залишки сірчаної кислоти, приєднуючись до нерозчинених у воді речовин, надають їм розчинності, що сприяє їхньому ви­веденню з клітин (організму) разом із водою.

Різна концентрація йонів Na+ і К+ поза клітинами та всередині них приводить до виникнення різниці електричних потенціалів на мембранах, які оточують клітини. Це забезпечує транспорт речовин через мембрани, а також передачу нервових імпульсів. До складу багатьох ферментів входять йони Са2+ і Mg2+, які забезпечують їхню активність. Присутність у плазмі крові йонів Са2+ – необхідна умова зсідання крові. За нестачі солей Кальцію порушується робота серцевого та скелетних м’язів (зокрема, виникають судоми).

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

Щодоби до організму людини має надходити 12–15 г кухонної солі (NaCl). Всмоктування солей починається ще в шлунку, а завершується 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 їхній вміст у сечі. Через порушення обміну речовин солі можуть відкладатися у суглобах, що спричиняє важкі захворювання – остеохондроз та подагру, за яких спотворюються суглоби кінцівок, втрачається гнучкість хребта, розвиваються напади болю в нирках. Ці захворювання можуть призвести до зменшення рухомості та втрати працездатності. Щоб їх уникнути, необхідно вести активний спосіб життя, не зловживати м’ясними та жирними стравами, сіллю та іншими приправами, відмовитися від алкоголю.

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

Важливі функції виконують в організмі і неорганічні кислоти. Ми вже згадували, хлоридна кислота створює кисле середовище в шлунку хребетних тварин і людини, забезпечуючи активність ферментів шлункового соку. У людей, в шлунку яких хлоридної кислоти виробляється недостатня кількість, порушуються процеси перетравлення білків, можливе розмноження у шлунку великої кількості шкідливих бактерій тощо. Збільшення секреції хлоридної кислоти також небезпечне для організму людини, зокрема воно спричиняє печію.

Залишки сульфатної кислоти, приєднуючись до нерозчинних у воді сполук, забезпечують їхню розчинність. Це сприяє виведенню таких речовин у розчиненому стані з клітин і організму. Ортофосфатна кислота необхідна для синтезу АТФ (є універсальним накопичувачем енергії в клітині) та різних типів нуклеїнових кислот.

Кислотно-лужний баланс. Внутрішнє середовище людини має певне співвідношення позитивних і негативних йонів – кислотно-лужний баланс. У разі його порушення можуть виникати важкі захворювання.

Зокрема, при підвищенні вмісту позитивних йонів організм погано засвоює Кальцій, Натрій, Калій, а при зростанні вмісту негативних – повільніше засвоюється їжа, що негативно впливає на функції печінки і

нирок, виникають алергічні стани, загострюються хронічні захворювання тощо.

Екологічні захворювання. Не всі сполуки, які надходять в організми з водою та їжею, корисні для них. Наприклад, для організму людини небезпечне надходження солей важких металів (Плюмбуму, Хрому тощо) та радіонуклідів. Багато важких металів міститься у транспортних викидах. Тому обабіч великих автомобільних трас не слід збирати гриби, бо вони здатні накопичувати у своєму тілі ці речовини, а також радіонукліди. Ці сполуки можуть відіграти роль канцерогенних, тобто таких, що сприяють утворенню в організмі доброякісних та злоякісних пухлин, призводять до надмірного розмноження клітин крові: лейкоцитів (лейкози), рідше – еритроцитів (еритроцитози). Потрапивши в організм вагітної жінки, радіонукліди можуть зумовити вади розвитку зародка.

Для організму людини та тварин небезпечні радіоактивні ізотопи багатьох хімічних елементів: Йоду, Цезію, Стронцію, Урану та ін. Потрапляючи в організми, Стронцій-90 може відкладатись у кістках, заступаючи Кальцій. Унаслідок цього кістки стають ламкими. Ізотоп Йоду порушує функції щитоподібної залози. Значні концентрації радіо нуклідів здатні накопичувати рослини. З рослинною їжею вони згодом потрапляють в організми тварин і людини.

Високий вміст нітратів в їжі та воді шкідливий для організму людини. Тому за вмістом нітратів, наприклад в овочах, має здійснюватися постійний контроль. Існують спеціальні норми вмісту нітратів та інших шкідливих сполук у продуктах харчування та воді. Згідно з ними визначені так звані гранично допустимі концентрації (ГДК). Якщо вміст шкідливих речовин у воді чи продуктах харчування перевищує показники ГДК, то такі продукти і воду мають вилучати з продажу і вжитку.

Забруднення атмосфери спричиняють викиди шкідливих для здоров’я людини й інших організмів відходів промислових підприємств, вихлопних газів автомобільного транспорту (сполук Сульфуру, Нітрогену, чадного газу СО, важких металів тощо). Підприємства будівельної і вугільної промисловості (цементні та гіпсові заводи, відкриті вугільні кар’єри тощо) є джерелами забруднення атмосфери пилом.

Особливу небезпеку для довкілля становлять кислотні дощі, спричинені забрудненням атмосфери сірчистим газом SO2 (промислові підприємства та автотранспорт викидають в атмосферу понад 160 млн тонн сірчистого газу щорік) та оксидами Нітрогену (N2O, N2O3 і NO2). При з’єднанні з водою атмосфери ці речовини утворюють сильні неорганічні кислоти. На великих територіях промислово розвинених країн зареєстровано опади, кислотність яких перевищує нормальну від 10 до 1000 разів. Від кислотних дощів руйнуються екосистеми прісних водойм, гинуть ліси, знижується врожайність ґрунтів.

Під керівництвом Міжнародного союзу охорони природи та природних ресурсів (МСОП) нині розроблено стратегічні принципи побудови екологічно стабільного суспільства, які погоджено з урядами більшості країн світу. Однією з умов побудови такого суспільства є чітке обмеження (квотування) промислових викидів країнами світу. При цьому країни, які не повністю використовують свої квоти (це стосується, зокрема, України), можуть продавати невикористану частину квоти іншим. Отримані кошти

використовують для впровадження методик, спрямованих на поліпшення стану довкілля.

Загальний вміст неорганічних (мінеральних) речовин у клітині варіює у межах від одного до кількох відсотків.