Проблемы, связанные с нарушением содержимого элементов

Нарушение содержания химических элементов в живых организмах довольно часто приводит к негативным для них последствиям. Причиной негативных последствий может быть, как недостаток, так и избыток элемента. Так, недостаток I приводит у человека к нарушению работы щитовидной железы, а избыток тяжелых веществ (Нg, РЬ, Си, Аs т.д.) вызывает тяжелые отравления и нарушает работу печени и почек. Недостаток Fе у человека вызывает анемию, недостаток Р повышает ломкость костей, а его избыток вызывает поражение нервной системы. Дефицит N у растений подавляет их рост, вызывает пожелтение и опадение листьев и уменьшает урожайность. Дефицит Р также вызывает угнетение роста и изменение окраски листьев. Разнообразные нарушения развития растений из-за окраски их отдельных частей вызывает и дефицит таких элементов, как Fe, Мо, Са, Мg т.д.. Избыток Мn вызывает у растений пожелтение листьев, а недостаток В приводит к отмиранию краев листьев.

Воды в живых организмах содержится очень много. В большинстве случаев она составляет более половины массы живого организма, а иногда ее доля в организме составляет 95-99%. Все это обусловлено чрезвычайно большой ролью воды для жизнедеятельности живых организмов. И такое значение обусловлено особыми свойствами воды, которыми она обязана своему строению.

Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Эти атомы образуют полярные полюса молекулы (положительный полюс - атом водорода, а отрицательный полюс - атом кислорода). Существование полюсов делает возможным образование водородных связей, которые позволяют молекулам воды образовывать между собой и с другими веществами различные комплексы. Подобные комплексы молекул существенно повышают температуру кипения и таяния воды (по сравнению с похожими молекулами) и увеличивают ее теплоемкость. Они же делают воду очень хорошим растворителем и благоприятной средой для протекания целого ряда реакций.

Молекула воды в газообразном, жидком и твёрдом состоянии:

Важнейшими для живых организмов свойствами воды можно назвать следующие:

1. Вода является прекрасным растворителем для полярных и неполярных веществ, которые имеют заряженные участки.

2. Вода способна образовывать агрегатные группы молекул между своими молекулами и с молекулами других веществ. Это значительно усиливает силу поверхностного натяжения, что позволяет воде подниматься по капиллярам почвы и сосудах растений.

3. Из-за наличия между молекулами воды водородных связей ее испарение требует большого количества энергии, а в случае ее замерзания выделяется тепло. Поэтому наличие на нашей планете воды в трех агрегатных состояниях значительно смягчает ее климат. Кроме того, многие организмы использует испарения воды в условиях высоких температур для охлаждения своего организма.

4.Наибольшей плотности вода достигает при 4 ° С. Лед имеет меньшую плотность, чем вода. Поэтому зимой он размещается на поверхности водоемов и защищает организмы, которые в них живут, от переохлаждения.

5.Молекулы органических или неорганических веществ, которые являются полярными или имеют заряженные участки, легко взаимодействуют с молекулами воды и, соответственно, легко в ней растворяются. Такие вещества называют гидрофильными. Если же молекулы органических или неорганических веществ не являются полярными и не имеют заряженных участков, то они практически не взаимодействуют с молекулами воды и, соответственно, в ней не растворяются. Такие вещества называют гидрофобными.

6.Так как вода в жидком состоянии все же не имеет жесткой внутренней структуры, тепловое движение молекул приводит к постоянному перемешиванию молекул водного раствора. Это явление называют диффузией. Вследствие диффузии концентрации растворенных веществ в разных частях раствора выравниваются.

7. Наличие в живых организмах биологических мембран приводит к появлению явления осмоса. Вследствие того, что биологические мембраны является полупроницаемой, через них не могут проходить крупные органические молекулы, но могут проходить молекулы воды. В случае, когда концентрация крупных молекул по разные стороны мембраны различна, молекулы воды начинают интенсивно перемещаться на ту сторону, где концентрация растворенных веществ является выше. Вследствие этого и выходит избыток веществ по одну сторону мембраны, что можно наблюдать в рассмотрении осмотического давления.

Осмотическое давление является очень важным для живых организмов. Благодаря ему возникает тургор (упругость растительных тканей) и происходит клеточный транспорт.

3.Биологическая роль ионов.

В живых организмах минеральные вещества могут быть представлены в рассмотрении ионов или нерастворимых солей. В виде ионов случаются катионы К +, Са2, Мg2 + и анионы Сl, НСО ~, Н2РО ~, C02 ~ и др.. Нерастворимыми веществами в живых организмах является Са2 (Р04) 2 и СаС03. Ряд живых организмов способен производить неорганические кислоты, например, хлорную и сульфатную.

Значение некоторых минеральных веществ для живых систем:

Минеральное вещество	Значение для живых организмов
Са	Кальций является основным структурным элементом костных тканей, влияет на проницаемость клеточных мембран, участвует в работе многих ферментных систем, передачи нервных импульсов, мышечном сокращении, играет важную роль во всех стадиях свертывания крови. В крови кальций содержится в неорганических соединениях и белковых комплексах. Его ионы, будучи имеющимися в различных белковых структурах, управляют функциями, жизненным циклом клеток. В растительной клетке кальций регулирует физико-химическое состояние цитоплазмы: поддерживает коллоидное состояние,определяет наряду с магнием и другими элементами кислотностьсреды. Благодаря стабильности состояния цитоплазмы наблюдается тургор растения, идет активный обмен и синтез соединений
К Cl	Калий входит в состав тканей растительных и животных организмов. Одною из важнейших функций калия является поддержание потенциала клеточной мембраны. Концентрация ионов калия влияет на осмотическое давление в клетках - давление раствора на полупроницаемую перепонку, отделяющую его от растворителя или раствора меньшей концентрации. Конкурентность между ионами калия и натрия обусловливает участие калия в регуляции кислотно-щелочного равновесия в организме Хлор в форме хлорид-аниона участвует в регуляции тургора в некоторых растениях. Перемещаясь вместе с Калием, он поддерживает в клетках электронейтральность. Однако содержание хлорида редко достигает такого высокого уровня, как содержимое калия. Известно также, что хлор стимулирует фотосинтетическое фосфорилирование, но его точная биохимическая роль в этом процессе еще не установлена
І	Основной физиологической ролью йода является участие в метаболизме щитовидной железы и гормонов, которые она производит. Недостаток йода приводит к возникновению характерных симптомов: слабости, пожелтение кожи, ощущение холода и сухости. Лечение тиреоидными гормонами или йодом устраняет эти симптомы. Недостаток тиреоидных гормонов может привести к увеличению щитовидной железы. В отдельных случаях образуется зоб. Недостаток йода особенно сильно отражается на здоровье детей - они отстают в физическом и умственном развитии. Избыток гормонов щитовидной железы приводит к истощению, нервозности, тремора, потери веса и повышенной потливости. Это связано с увеличением пероксидазной активности и, вследствие этого, с увеличением йодирования тиреоглобулином. Избыток гормонов может быть следствием опухоли щитовидной железы. Для лечения используют радиоактивные изотопы Йода, которые легко усваиваются клетками щитовидной железы
Хлоридная кислота	Производится в желудке позвоночных животных. Играет важную роль в процессах пищеварения