Химические элементы в организме человека

Размещено на http://www.allbest.ru/

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа №25 г. Пермь

Реферат

по дисциплине "Химия"

на тему: "Химические элементы в организме человека"

Выполнила: Паршакова Полина

Руководитель: Вилисова Анастасия Владиславовна

Пермь 2012

Введение

Я выбрала достаточно сложную тему, так как в ней сочетаются множество наук, изучение которых очень важно в мире: биология, экология, химия и т.д. Моя тема значима в курсе школьной химии и биологии. Человек очень сложный живой организм, но его изучение показалось мне довольно интересным. Я считаю, что каждый человек должен знать из чего он состоит.

Цель: подробнее изучить химические элементы, входящие в состав человека и взаимодействие их в организме.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

1) Изучить элементарный состав живых организмов;

2) Выделить основные группы химических элементов: микро- и макроэлементы;

3) Определить, какие химические элементы отвечают за рост, работу мышц, нервной системы и т.д.;

4) Провести лабораторные опыты, подтверждающие наличие углерода, азота и железа в организме человека.

Методы и приемы: анализ научной литературы, сравнительный анализ, синтез, классификация и обобщение отобранного материала; метод наблюдения, эксперимент (физический и химический).

Химические элементы в организме человека

Все живые организмы на Земле, в том числе и человек, находятся в тесном контакте с окружающей средой. Пищевые продукты и питьевая вода способствуют поступлению в организм практически всех химических элементов. Они повседневно вводятся в организм и выводятся из него. Анализы показали, что количество отдельных химических элементов и их соотношение в здоровом организме различных людей примерно одинаковы.

Многие учёные считают, что в живом организме не только присутствуют все химические элементы, но каждый из них выполняет определённую биологическую функцию. Достоверно установлена роль около 30 химических элементов, без которых организм человека не может нормально существовать. Эти элементы называют жизненно необходимыми.[3] Организм человека состоит на 60% из воды, 34% приходится на органические и 6% - на неорганические вещества.

Тело человека, весящего 70 кг, состоит из:

Углерода-12,6 кг Хлора-200 граммов

Кислорода-45,5 кг Фосфора-0,7 кг

Водорода-7 кг Серы-175 граммов

Азота-2,1 кг Железа-5 граммов

Кальция-1,4 кг Фтора-100 граммов

Натрия-150 граммов Кремния-3 грамма

Калия-100 граммов Йода- 0,1 грамма

Магния-200 граммов Мышьяка-0,0005 грамма

4 кита жизни

Углерод, кислород, азот и водород - это четыре химических элемента, которые химики называют "китами химии", и которые в то же время являются основными элементами жизни. Из молекул этих четырех элементов построены не только живые белки, но вся природа вокруг нас и в нас.

В отдельности углерод - это мертвый камень. Азот, как кислород, свободный газ. Азот ничем не связан. Водород, связанный с кислородом, образует воду, а все вместе они создают Вселенную.

В своих простых соединениях - это вода на Земле, облака в атмосфере и воздух. В более сложных соединениях - это углеводы, соли, кислоты, щелочи, спирты, сахара, жиры и белковые вещества. Усложняясь еще больше, они достигают высшей стадии развития - создают жизнь.

Углерод - основа жизни.

Все органические вещества, из которых построены живые организмы, отличаются от неорганических тем, что в их основе лежит химический элемент углерод. В состав органических веществ входят и другие элементы: водород, кислород, азот, сера и фосфор. Но все они группируются вокруг углерода, который является основным центральным элементом.

Академик Ферсман назвал его основой жизни, потому что без углерода жизнь невозможна. Нет другого химического элемента с таким своеобразными свойствами, как углерод.

Однако это вовсе не означает, что углерод составляет основную массу живого вещества. В любом организме углерода имеется всего 10%, воды-80%, а остальные десять процентов приходятся на другие химические элементы, входящие в состав организма. [1]

Характерной особенностью углерода в органических соединениях является его безграничная способность связывать в разнообразнейших сочетаниях разные элементы в атомные группы.

Азот - "отрицающий жизнь".

Не было бы жизни на Земле и без азота-этого газа без цвета, вкуса и запаха.

Азот в переводе с греческого означает "не жизнь". Удивительно, что так названо вещество, без которого как раз жизнь совершенно невозможна, без которого не может существовать ни одно растение и ни одно животное. Азот - необходимый элемент в составе белка, главной части живой плазмы. Человек - это белковая машина, изнашивающая ежедневно 50 граммов белков, то есть 8 граммов азота. И эта потеря азота в организме должна быть непременно восстановлена, потому что без азота нет жизни.

Человек может жить без жиров и сахара, которые в живой машине организма служат только топливом, горючим материалом. Вместо них может сгорать и белок. Но без азота, без азотистой пищи, ни одно животное жить не может, потому что только из азотистых соединений снова создается белок.

Азот - один из самых инертных химических элементов, в атмосфере он не входит в соединения с другими элементами и существует целой массой с незапамятных времен в неизменяемом состоянии. Мы безостановочно вдыхаем и выдыхаем с воздухом азот, он необходим нашему организму, но он нами не усваивается из воздуха, и мы должны получать его из других источников. С каждым дыханием человек вбирает в легкие азота в четыре раза больше, чем кислорода. С каждым вдохом две пятых литра азота, или ежедневно одна тысяча литров, попадает в легкие, и в то же время за всю свою жизнь человек не может усвоить из воздуха ни одного грамма азота, не может связать его в своем организме.

Можно сказать, что вся жизнь человека - это погоня за азотом, устремленная, упорная охота за свободными атомами этого строящего белки газа. химический макроэлемент углерод

Кислород и дыхание.

"Родящий кислоты" - так назван кислород, потому что открывшие его люди считали, что этот газ образует все кислоты.

Это очень деятельный элемент, и он легко соединяется с большей частью других элементов.

С каждым дыханием человек втягивает в себя 0,1 литра кислорода, и в то время как вдыхаемый нами азот выдыхается неизменным, кислород соединяется с красящим веществом крови - гемоглобином - и разносится с кровью по всему телу. В тканях и органах кровь отдает кислород клеткам, где он входит в соединение с белками, жирами и углеводами.

Дыхание - основной процесс, снабжающий энергией живой организм. Это химический процесс поглощения кислорода воздуха гемоглобином крови и переноса его во все ткани организм. Там окисляются, то есть соединяются с кислородом углеводы, жиры и белки, выделяя при этом воду и углекислый газ. Углекислый газ выделяется из тканей в кровь, связывается кровью и переносится в легкие, где освобождается и выдыхается в воздух.

Человек вдыхает с воздухом в среднем 0,3% и выдыхает 4% углекислоты. За сутки человек выдыхает около одного килограмма углекислоты. Большой город, вроде Москвы и Ленинграда, благодаря своему населению, животным, печам и фабричным трубам ежедневно выделяет в атмосферу 5 миллиардов литров углекислого газа.

Классификация химических элементов

Все химические элементы, находящиеся в живых организмах, принимают активное участие в общем обмене веществ и совершенно необходимы для жизни данного организма.

Эти элементы можно разделить на три группы:

1. Вода.

2. Макроэлементы (которых в организме много).

3. Микроэлементы (которых в организме очень мало, но без которых существование организма невозможно).

В каждом организме содержится воды больше, чем всех других химических элементов.

Вода - основная среда всякого живого организма, так же и человека. Стоит только проколоть кожу иголкой, как из этого мельчайшего отверстия выступит капелька жидкости - это кровь. Летом человек выделяет через тысячи пор воду - это пот. Изо рта выделяется другая жидкость - слюна, из глаз - слезы. Почки выделяют с мочой избыток воды из организма.

Около 60% воды находится в крови человека, в лимфе, пищеварительных соках, в моче, мозговой жидкости, железах и клетках тела. Воды в организме больше, чем всех остальных веществ, вместе взятых. Вода - это основная среда живого организма. [5]

Мозг содержит 81% воды, а на пять литров крови приходится почти четыре литра воды. В костях-30% воды, в хрящах -60%, печени-70%, в мускулах-50-75%, в почках-83% воды. Высохшая мумия человека весит только 8 килограммов.

Вода в нашем теле растворяет вещества и помогает переваривать пищу. Это основная транспортная жидкость организма. Она переносит по кровеносным и лимфатическим сосудам ценный строительный материал к самым отдаленным органам и клеткам и регулирует температуру нашего тела. Без воды наше тело нагревалось бы и охлаждалось неравномерно. Если замёрзший человек греет над костром или у печки свои руки, он чувствует как от рук тепло расходится по всему телу. Это вода в организме легко распределяет поглощенное тепло, уравновешивая температуру.

В человеческом мозгу имеется специальный "питьевой центр", контролирующий и регулирующий беспрерывный обмен воды между отдельными органами. Использованная вода удаляется из человеческого тела через легкие, почки и кожу. В сутки человек в среднем выделяет 3 литра воды. Столько же надо вводить в организм. В это количество входит и вода, поглощаемая человеком с пищей. Нет ни одного продукта питания, который не содержал бы воды. В хлебе имеется 40% воды, в яйце-65%, в мясе-75%, в рыбе-80%, в молоке -87%, в овощах-90%. У живых организмов в воде всегда большая потребность. Так, подсолнух (высотой с человека) нуждается ежедневно в одном литре воды, тридцатилетняя береза- в 60 литрах, высокий хмель всасывает 30 000 литров воды в один день.

Вода в живом организме, прежде всего, играет растворителя различных веществ, и в ней происходят химические реакции. Большинство химических превращений, от которых зависит жизнь организма, связано с участием воды. Особенно много воды в наиболее активно работающих органах: в сером веществе головного мозга, в почках, в сердце.

Макроэлементы - эти элементы слагают плоть живых организмов. К макроэлементам относят те элементы, рекомендуемая суточная доза потребления которых составляет более 200 мг. Макроэлементы, как правило, поступают в организм человека вместе с пищей.

Кальций

Большое содержание кальция в организме человека объясняется тем, что он в значительном количестве содержится в костях в виде гидроксофосфат кальция - Ca10(PO4)6(OH)2 и его суточное потребление составляет для взрослого человека 800-1200мг.

Натрий и калий

Жизненно необходимые элементы натрий и калий функционируют в паре. Надёжно установлено, что скорость диффузии ионов Na, и K через мембрану в покое мала, разность их концентрации вне клетки и внутри должна была в конечном итоге выровняться, если бы в клетке не существовало специального механизма, который обеспечивает активное выведение ("выкачивание") из протоплазмы проникающих в неё ионов натрия и введение ("нагнетание") ионов калия. Этот механизм получил название натрий - калиевого насоса.

Несмотря на то, что содержание железа в человеке массой 70 кг не превышает 5г и суточное потребление 10 - 15мг, оно играет особую роль в жизни деятельности организма.

Микроэлементы

Кроме описанных химических элементов, также совершенно необходимы для жизни еще и другие элементы, встречающиеся, однако, в организмах в чрезвычайно малых, почти неизмеримых количествах. Молибден относится к химическим элементам, которые необходимы растениям и животным в очень малых количествах. Поэтому такие элементы и назвали микроэлементами.

К ним относятся, кроме молибдена, марганец, медь, цинк, кобальт, бор и некоторые другие. Несмотря на то, что для жизни и развития растений и животных эти микроэлементы нужны в ничтожных количествах, их роль очень велика. Они повышают действие ферментов, ускоряют многие процессы в организмах растений и животных, входят в состав не только ферментов, но витаминов и гормонов. У человека и у животных молибден входит в состав гемоглобина крови, и фибрин крови является кобальтовым белком. Образование гемоглобина связано с наличием в печени витамина В 12, который содержит в своем составе 4,5 процента кобальта. Кобальт усиливает образование крови: количество гемоглобина и эритроцитов крови животных увеличивается. Он также усиливает основной обмен и образование мышечных белков

Основные микроэлементы

По современным данным более 30 микроэлементов считаются необходимыми для жизнедеятельности растений, животных и человека. Среди них (в алфавитном порядке):

§ Бром

§ Железо

§ Йод

§ Кобальт

§ Марганец

§ Медь

§ Молибден

§ Селен

§ Фтор

§ Хром

§ Цинк

Чем меньше концентрация соединений в организме, тем труднее установить биологическую роль элемента, идентифицировать соединения, в образовании которых он принимает участие. К числу несомненно важных относят ванадий, кремний и др.

Железо. Железо занимает совершенно особое место, так как на него не распространяется действие секреторной системы. Концентрация железа регулируется исключительно его поглощением, а не выделением. В организме взрослого человека около 65% всего железа содержится в гемоглобине и миоглобине, большая часть оставшегося запасается в специальных белках (ферритине и гемосидерине), и только очень небольшая часть находится в различных ферментах и системах транспорта.

При недостатке в пище железа уменьшится количество гемоглобина в крови. Так же чувствителен организм к недостатку и других элементов, например йода, фтора, марганца и пр.

Медь

Недостаток в организме меди приводит к деструкции 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 легких раком у людей пожилого возраста врачи связывают с возрастным понижением меди в организме. Многое известно и о транспорте меди в организме. Значительная часть меди находится в форме церулоплазмина. Содержание меди в организме варьируется от 100 до 150 мг с наибольшей концентрацией в стволе мозга. Большой расход меди ведёт к дефициту и неблагоприятен для человека. [2]

Цинк

Большое значение для организма человека имеет цинк, в среднем в организме находится около 3г, а суточное потребление 15мг. Дефицит цинка у человека выражается в потере аппетита, нарушении в скелете и оволосении, повреждении кожи, замедлении полового созревания. Важную роль цинк играет в заживлении ран. При дефиците цинка этот процесс идёт медленно в следствии снижения синтеза белка и коллагена. Из этого следует, что для улучшения заживления ран в рацион больным с дефицитом элемента следует добавлять цинк. [4]

Селен

Недостаток селена вызывает гибель клеток мышц и приводит к мускульной, в частности сердечной, недостаточности. Биохимическое изучение этих состояний привело к открытию фермента глутатионпероксидазе, разрушающей пероксиды. Недостаток селена ведет к уменьшению концентрации этого фермента, что в свою очередь вызывает окисление липидов. Способность селена предохранять от отравления ртутью хорошо известна.

Мышьяк

Несмотря на хорошо известные токсические действия мышьяка и его соединений, имеются достоверные данные согласно которым недостаток мышьяка приводит к понижению рождаемости и угнетению роста, а добавление в пищу арсенита натрия привело к увеличению скорости роста у человека.

Хлор и бром

Анионы галогенов отличаются от всех тем, что они представляют собой простые, а не оксо-анионы. Хлор распространён чрезвычайно широко, он способен проходить сквозь мембрану и играет важную роль в поддержание осмотического равновесия. Хлор присутствует в виде соляной кислоты в желудочном соке.

Фтор

Для нормального роста фтор совершенно необходим, и его недостаток приводит к анемии. Большое внимание было уделено метаболизму фтора в связи с проблемой кариеса зубов, так как фтор предохраняет зубы от кариеса.

Йод

Основной физиологической роль йода является участие в метаболизме щитовидной железы и присущих ей гормонах. Способность щитовидной железы аккумулировать йод присуща также слюнным и молочным железам. А также некоторым другим органам. В настоящее время, однако, считают, что ведущую роль йод играет только в жизни деятельности щитовидной железы.

"Возбудители жизни"

Ведь одно из удивительнейших проявлений жизни - это неимоверная скорость течения химических реакций.

Ферменты, как катализаторы, увеличивают скорость реакций обмена веществ, причем сами остаются неизменными. Интересно, что очень малые количества фермента могут ускорять превращение громадного количества вещества. Но различные реакции в организме ускоряются разными ферментами. Ферменты вырабатываются клетками организма. Все ферменты - белки, и в настоящее время уже выделено более 2000 отдельных ферментов. Каждый из них ускоряет лишь определенные реакции и гарантирует общий порядок реакций в клетке. Без ферментов в клетке произошел бы настоящий хаос, при котором нужные и ненужные реакции шли бы одновременно и с равной скоростью.

Обмен веществ

Каждое живое существо должно питаться, будь то животное или растение. И пища всегда состоит из сложных химических веществ. Уже говорилось, что в организме она перерабатывается и распадается на более простые составные части, которые идут на поддержание жизни и на построение новых клеток тела.

Процесс питания, усвоения пищи и выделение отбросов называется обменом веществ и является основным признаком жизни. Обмен веществ превращает неживые частицы пищи в живые клетки, из которых строятся органы тела. Такое превращение, пока организм жив, не прекращается ни на один миг, так как обмен веществ и есть сама жизнь. В молодом организме, благодаря обмену веществ, образуется гораздо больше клеток, чем разрушается. Организм растет. На наших глазах из зернышка вырастает целое растение, из ребенка - взрослый человек. Таким образом, любое живое существо может жить только до тех пор, пока через него из внешней среды "проносятся" частицы разных веществ и связанная с ними энергия

Химия в организме

Химия роста.

Рост - это одно из наиболее сложных биологических явлений. Нарушения роста могут вызываться заболеваниями мозга, костей, суставов… Но чаще всего причина кроется в нарушении деятельности желез внутренней секреции. Наиболее трудными являются ненормальности роста, зависящие от деятельности гипофиза.

Потребность организма в минеральных веществах зависит от ряда физиологических состояний. Например, растущий организм человека и животного нуждается в усиленной доставке с пищей солей кальция и фосфора. При этом чрезвычайно важно не только достаточное количество этих элементов, но и определенное соотношение между ними в пище. Фосфора в пище должно быть вдвое больше. Если это соотношение изменится, то нарушится обмен кальция и фосфора, а это вызовет в растущем организме явления рахита.

Химия мышечной работы.

Сердце - это сплошной мышечный мешок. Кишечник тоже состоит почти из одних мышц. И миллионы мышечных клеток находятся в стенках кровеносных сосудов.

Мышца - это машина, а в любой машине действуют всегда два элемента. Один из них - источник энергии, как например расширение пара, сгорание топлива или электрический ток. Другой - это определенная структура, в которой благодаря энергии производится элементарная работа: двигателей, электоромоторов и т.п.

АТФ - одна из главных осей, вокруг которой вращается вся жизнь организмов. Состоит АТФ из трех фосфорных групп, связанных атомами кислорода. Для образования одной такой связи требуется 11000 калорий свободной энергии. Когда связи разрываются, эт а энергия освобождается. Разрушение таких связей в АТФ и является источником энергии всей мышечной работы.

Целый ряд сложных исследований показал, что мышцу заставляет сокращаться химический элемент калий и АТФ. Это интересно, потому что АФТ - фосфорное соединение, фосфат, а когда садовник хочет, чтобы клумба в саду зацвела, он удобряет ее как раз калием и фосфатами. Растения нуждаются в тех же веществах, что и животные мышцы. И это блестящее подтверждение того, что основные изменения, происходящие при сокращении мышц, - только одна из форм общей в мире химической реакции.

В состав сократительных мышечных волокон входит белок миозин. Этот белок обладает способностью связывать различные атомы, главным образом - кальция и магния, и как фермент способен катализировать, то есть ускорять расщепление АТФ.

Химия нервной системы.

Нервная система имеет передающее устройство, чувствительные приемники и линии, соединяющие отдаленные точки организма с центральной станцией - мозгом.

Вся работа нервной системы выполняется благодаря химическим превращениям. Нервные клетки, кроме ядра, оболочки, цитоплазмы и прочего, имеют еще ветвистые отростки - дендриты. Один из них - очень большой и длинный отросток сложного строения - называется аксоном. В этом отростке имеется средний канал, наполненный протоплазмой и сообщающийся с полостью самой клетки.

Аксоны отходят от клеток головного или спинного мозга и доходят до какой-нибудь отдаленной точки в мышце или в коже. У некоторых крупных животных эти отростки могут иметь больше метра в длину.

Ключ к пониманию работы нервного волокна надо искать в его химическом составе и в окружающей его тканевой жидкости. Аксон представляет собой трубку, наполненную студнеобразным веществом. Нервное окончание (конец аксона), закрытое мембраной, имеет на конце небольшую "бляшку", которая находится в непосредственной близости от мембраны окончания соседней нервной клетки. Но между "бляшкой" аксона и соседней нервной клеткой контакт неполный - есть маленький промежуток. В этом-то промежутке и развиваются химические реакции, связанные с передачей нервного возбуждения. В щель между "бляшкой" и мембраной выделяется особое химическое вещество, которое увеличивает проницаемость мембраны, воспринимающей импульс клетки. Вследствие этого возникает перенос ионов натрия, необходимый для начала распространения нервного возбуждения.

Каждая клетка тела растения, животного и человека - это живая химическая лаборатория. Здесь строятся и распадаются белки, ферменты, гормоны. Ферменты ускоряют реакции синтеза и распада. Гормоны регулируют действие ферментов и все химические превращения в живом организме. И всё это реакции между химическими элементами, которые имеются и в неживой природе.

Экспериментальная часть исследования. Химические элементы в организме человека.

Цель эксперимента: с помощью химических опытов подтвердить тот факт, что в состав живых организмов входят химические элементы: углерод, азот, железо.

Результаты экспериментальной части исследования.

Опыты были проведены с кусочком говяжьего фарша, так как животные и человек имеют одинаковый элементарный состав.

Оборудование и реактивы: Кусочек фарша, тигель, фарфоровый треугольник, штатив, спиртовка, вода, воронка, фильтровальная бумага, щелочь (NaOH), медный купорос (CuSO4), красная кровяная соль (K3[Fe(CN)6], соляная кислота (HCl), пробирки.

Результаты исследования и выводы.

Опыт №1.Обнаружение углерода пробой на обугливание.

При нагревании и при последующем прокаливании, наблюдается почернение кусочка фарша.

Вывод 1.В фарше содержится углерод.

Опыт №2.Биуретовая реакция.

Внести кусочек фарша в воду и прокипятить. После охлаждения жидкость отфильтровать и добавить раствор щелочи, несколько капель разбавленного раствора медного купороса. Раствор окрасился в красно-фиолетовый цвет.

Вывод 2.Биуретовая реакция используется для определения пептидных связей (C-N). Этот опыт позволяет косвенно определить наличие азота.

Опыт №3. Качественная реакция на ион железа (II).

К фильтрату фарша добавить несколько капель раствора красной кровяной соли. Наблюдается образование синего осадка.

Вывод 3.Фильтрат фарша содержит железо.

Таким образом, мы пришли к выводу, что в организме человека присутствуют углерод, азот и железо.

Заключение

Из своей работы я сделала массу выводов, например, что в каждом живом организме присутствуют химические элементы. Именно в организме человека они совершают взаимодействие между собой, оно производит необходимые вещества для существования.

Выводы

1) Неорганические соединения, составляющие только 6% от общего веса человека, являются незаменимыми веществами, обеспечивающие гомеостаз организма.

2) Все химические элементы делятся на макро-, микро- и ультрамикро элементы.

3) Любое изменение содержания химических веществ как в сторону увеличения так и уменьшению ведет к нарушению обмена веществ.

Более подробно выяснила состав человека изнутри, еще узнала о том, что мы потребляем химические элементы с пищей.

В целом, я справилась с поставленными задачами, так как смогла выяснить суть совей работы. Отчасти изучила больше чем требовалось, поняла, что каждая наука по-своему важна, но без нее нельзя существовать. Каждая область изучения зависит на прямую от другой.

В работе с химией мне очень помогла литература по биологии, экология помогла мне выяснить влияние окружающей среды не человека. По структуре взаимодействия наук мне было легко работать, что и дало положительный результат. Химия не ограничила для меня свое изучение, наоборот вовлекла во многие, ранее не затронутые мной темы. Вообще каждый человек должен знать о себе самые элементарные факты, тем более что их изучение в наше время доступно и не ограниченно.

Список литературы

1. Андреева Е. Химия жизни. Ленинград: Детская литература, 1967.

2. Аспицкая А.Ф., Чунжина Н.В., Карычева Е.М. Химические элементы жизни. Пермь: Издательство ПОИПКРО, 1998.

3. Габриелян О.С. Химия. 8 класс: учеб. Для общеобразоват. учреждений.-15-е изд., стереотип.- М.: Дрофа, 2009.

4. Крицман В.А. Книга для чтения по неорганической химии. М.: Просвещение, 1975.

5. Вода и ее жизненные свойства. Электронный ресурс. URL: http://watermarket.ru/articles/3273

Размещено на Allbest.ru

...