Биологическая роль элементов классификация элементов по биологической роли

1-я управляющая кнопка – к слайду «Содержание в организме наиболее важных элементов».

Соединения макроэлементов служат стройматериалом для тканей или создают необходимую среду в жидкостях организма. 2-я управляющая кнопка – к слайду «Содержание макроэлементов в организме».

Микроэлементы входят в состав активных центров ферментов, без которых невозможны химические реакции, поддерживающие жизнедеятельность организма. 3-я управляющая кнопка – к слайдам «Содержание микроэлементов в организме».

Присутствие в организме элементов, не имеющих биологического значения, не является необходимым, но часто наблюдается. Элементы, не имеющие биологического значения, бывают как нетоксичными (Bi, Pt), так и токсичными (Be, Hg). Радиоактивные элементы, вне зависимости от своей химической токсичности, опасны для организма из-за радиоактивности.

13. Содержание в организме наиболее важных элементов

Учащиеся должны догадаться, какие 3 элемента больше всего находятся в живых организмах. Следующий шаг – где именно (в каких частях организма) они находятся.

Последовательно обсуждаем, в каких частях организма находятся макроэлементы.

Управляющая кнопка отсылает к слайду «Хлорофилл».

Соединения кальция – основной компонент костной ткани и зубной эмали (а также раковин моллюсков и яичной скорлупы). Кроме построения костей и зубов на основе гидроксилапатита Ca10(PO4)6(OH)2, катионы кальция активно участвуют в свертывании крови, передаче нервных импульсов, сокращении мышц.

Ионы калия и натрия играют важную роль в регулировании мышечных сокращений.

Ионы магния входит в состав некоторых ферментов (а также хлорофилла).

Во внутриклеточных ферментативных реакциях АТФ (аденозинтрифосфат) и АДФ (аденозиндифосфат) участвуют в виде магниевых комплексных соединений. Бериллий образует гораздо более прочные комплексные ионы с производными фосфорной кислоты, чем магний, поэтому соли бериллия ядовиты

19. Хлорофилл

Ближайшее окружение железа в гемоглобине, кобальта в цианокобаламине, магния в хлорофилле) очень похоже: это порфириновый фрагмент. Простейший порфирин – это порфин (показан на возникающем рисунке).

Стоит обратить внимание на то, что содержание галогенов в организме в целом коррелирует с их содержанием в природе.

Из содержания железа в организме человека 57% находится в гемоглобине крови, 23% – в тканях и тканевых ферментах, а остальные 20% – в печени, селезенке, костном мозге. Железо входит в состав гемоглобина – переносчика кислорода. 1-я управляющая кнопка – к слайду «Гемоглобин». 2-я управляющая кнопка – к слайду «В12 (цианокобаламин)»

Марганец активирует многие ферменты, обладает выраженной антиоксидантной активностью.

Здоровье человека зависит от строгого соблюдения соотношения цинка и меди в организме: опасны и недостаток, и избыток этих элементов.

Цинк входит в состав ферментов и кофакторов (веществ, способствующих действию ферментов), участвует в гормональной регуляции, входит в состав кристаллического инсулина.

При дефиците цинка наблюдается задержка роста, перевозбуждение нервной системы и быстрое утомление, дерматит. Недостаточность цинка приводит к бесплодию и отражается на продолжительности жизни.

Однако избыток цинка также задерживает рост и нарушает минерализацию костей. Все соли цинка обладают высокой токсичностью для человека.

Медь необходима для процессов гемоглобинообразвания и не может быть заменена никаким другим элементом. Она входит в состав окислительных ферментов, участвуя в тканевом дыхании, участвует в процессах роста и размножения.

При недостатке меди в организме наблюдаются задержка роста, анемия, дерматозы, частичное облысение, потеря аппетита, сильное исхудание, понижение уровня гемоглобина, атрофия сердечной мышцы.

Но соединения меди обладают токсическим действием. Дозы 1-2 г медного купороса вызывают тяжелые симптомы отравления со смертельным исходом.

У некоторых моллюсков кровь не красная, а бледно-голубая, поскольку ее пигментом является не гемоглобин, а гемоцианин (белок, содержащий ионы меди).

В организме взрослого человека содержится 6 мг хрома (10-5%). Хром оказывает действие на процессы кроветворения. Соли хрома подавляют спиртовое брожение, ускоряют работу инсулина; влияют на углеводный обмен и энергетические процессы. Однако некоторые соединения хрома являются канцерогенами (Cr2O3).

Молибден в организме человека входит в состав ферментов: альдегидогидроксидазы, ксантиндегидрогеназы, ксантиноксидазы (всего 7 ферментов). В растениях молибден – важнейший микроэлемент, обеспечивающий мягкую фиксацию атмосферного азота. Молибден – единственный из тяжелых металлов и из элементов 5-го периода, который можно отнести к “металлам жизни”

Активный центр гемоглобина в окисленной форме (присоединивший молекулу кислорода). Гемоглобин переносит кислород в крови от легких к тканям. Ломаная линия слева внизу символизирует длинную и запутанную белковую цепь.

Витамин В12. Витамины – это ферменты (катализаторы биологических процессов) и коферменты (их «помощники»). Большинство ферментов содержат в своем активном центре ион металла.

Видно, что в некоторых местах содержатся элементы, не имеющие биологического значения (Cd, Hg в почках). Т.е. если они не имеют биологического значения (не нужны организму), это не значит, что их там нет. В организм поступает все, что содержится в окружающей среде. Почки фильтруют нужное от ненужного.

Последовательно в форме беседы выясняем, откуда берутся в организме наиболее важные элементы.

Азот из атмосферы практически не поступает в живые организмы (кроме азотфиксирующих бактерий). Управляющая кнопка отсылает к слайду «Круговорот азота».

Фосфор – элемент, необходимый для живых организмов. Однако фосфоросодержащих веществ нет в атмосфере, поэтому растения могут получать фосфор только из почвы. Круговорот фосфора происходит довольно медленно, и почвы быстро истощаются. Современное земледелие было бы невозможно без фосфорных удобрений.

Учащиеся рассматривают рисунок и отвечают на вопросы.

1.В каких формах находится азот в атмосфере (N₂), в растениях и животных (аминокислоты, нуклеиновые кислоты), в почве (ионы аммония, нитрат-ионы)?

2. Как растения могут поглощать азот из атмосферы (бобовые)? Какие растения это делают (на их корнях живут в симбиозе с ними клубеньковые бактерии, поглощающие азот из атмосферы)?

3. За счет какой реакции происходит химическое связывание азота на заводах (N₂ + 2H₂ « 2NH₃)?

4. Какую роль играют молнии в связывании азота (создают электрический разряд, дающий энергию для протекания реакции), какой химический процесс при этом происходит (N₂ + O₂ « 2NO), как образующееся соединение азота попадает в почву (NO + ½ O₂ = NO₂, NO₂ + ½ H₂O + ½ O₂ = HNO₃ и азотная кислота выпадает на землю с дождем)?

5. Какой путь связывания атмосферного азота не показан на рисунке (азотфиксирующие бактерии почвы)?

Люди и животные получают необходимый организму азот, поедая растения или других животных. Растения получают азот в основном из почвы. Естественное пополнение запаса соединений азота в почве не поспевает за масштабами современного земледелия. Поэтому производство и правильное внесение азотных удобрений в почву имеет важное значение.

Классификация удобрений (надо знать к ЕГЭ)

Аммиачная селитра – и нитрат, и соль аммония. Это удобрение содержит больше всего азота по массе.

Аммо – содержится ион аммония, нитро – нитрат-ион, фос – фосфат-ион, ка – ион калия. К сожалению, название несет скорее коммерческую функцию и неточно отражает состав (в нитрофоске есть ионы аммония, но их присутствие не отражено).

Массовая доля азота рассчитывается как доля элемента. Но содержание фосфора и калия традиционно приводится в расчете на оксид (Р₂О₅ и К₂О).

Чтобы комнатные цветы хорошо себя чувствовали, необходимо знать, какой элемент им нужен. Проблемы с цветением – не хватает фосфора, плохие листья – не хватает азота, слабый стебель – нужен калий. Исходя из этого, подбираются удобрения.

Управляющая кнопка отсылает к слайду «Среда растворов удобрений».

11. Среда растворов удобрений

Разным видам растений нужна разная среда. Привлекая знания о гидролизе, нужно сообразить, какое из перечисленных удобрений подойдет традесканции (К₂НРО₄), а какое – кактусу (КН₂РО₄, NH₄NO₃). К₃РО₄ – среда слишком сильнощелочная.

Управляющая кнопка отсылает к слайдам «Расчет рН гидролиза».

20. Расчет рН гидролиза

Сопряженный процесс – это как бы обратный, но не совсем. В нем участвует не ОН^-, а вода. Соответственно, образуется не вода, а Н⁺.

Если исходная концентрация соли С, и при гидролизе образуется х моль/л кислоты, то ОН^- тоже х моль/л (согласно уравнению реакции, образование идет 1:1), а соли остается С-х моль/л. Но так как гидролиз протекает в небольшой степени, мы можем считать х малым и С-х » х. Подставляем эти значения в выражение для константы равновесия и выражаем х. Находим рН как –lg[H⁺], а [H⁺] = K^W/[OH]^-.