Химиялық түсінік

Жоспары

 Кіріспе

Негізгі бөлім

1. Қоршаған  орта мен адам ағзасындағы  макро және микроэлементтер.

2. Макроэлементтердің  биологиялық рөлі.

3. Микроэлементтердің  биологиялық рөлі.

4. Химиялық  байланыс түрлері.

Қорытынды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қоршаған  орта мен адам ағзасындағы макро және микроэлементтер.

Соңғы жылдары халықтың салауатты өмір сүруіне көп көңіл  бөлінуде. Табиғаттағы өзгерістер және қоршаған ортаның әсері жайлы  зерттеу жұмыстары жүргізілуде.  Топырақ, ауа, су – тіршілік  көзі екендігі белгілі.  Ендеше, тіршілікке әсер етуші биогенді элементтер жайындағы ғылыми-жобалы жұмыстарды өзекті зерттеулердің қатарына жатқызуға болады.

Бұл жұмыста химиялық элементтердің адам ағзасы үшін маңызы және кері әсері әр түрлі ғылыми зерттеулерге негізделіп қарастырылған. Сонымен қатар, Жамбыл облысы аймағындағы кейбір химиялық элементтер қосылыстарының шамадан артық мөлшерде болуы жайлы мағлұматтар келтірілген.Әр түрлі организмдер жасушасының өзіне тән өзгешеліктері болғанымен, олар құрамындағы химиялық элементтер сипаты жағынан ұқсас келеді. Жалпы жасуша құрамында Д.И.Менделеев таблидасының 70 элеметі кездескенімен, тірі организмдерде олардың 24 тұрақты түрде ұшырасады. Жасуша құрамында 62% шамасында оттегі, 20% шамасында көміртегі, 10% шамасында сутегі және 3% шамасында азот болады. Оттеті мен сутегі су мен органикалық заттар құрамы на енсе, көміртегі — органикалық заттар негізін құрайды. Азот амин қышқылдарының, белоктардың, нуклеин қышқылдарының, АТФ-ның, гемоглобиннің, көптеген ферменттер мен дәрмендәрілердің құрамы на енеді.

Соңғы жылдарда әлемдік  жаһандану үрдісінде табиғатта  тепе-теңдік жағдайында сақталып  тұрған кейбір химиялық элементтердің адам ағзасында бірден көбейе түсуі және ағза үшін маңызы бар элементтер мөлшерінің кеміп кетуі байқалуда. Химиялық элементтердің барлығы да  тиісті мөлшерден артық болса немесе азайып кетсе адам ағзасына кері әсер ететіні анықталған. Химиялық элементтердің табиғатта таралу жағдайларына жасалған зерттеулер бойынша жердің массасының шамамен 50%-ын оттек, 25%-дан астамын кремний құрайды. Он сегіз элемент  — оттек, кремний, алюминий, темір, кальций, калий, натрий, магний, сутек, титан, көміртек, хлор, фосфор, күкірт, азот, марганец, фтор, барий – жер массасының 99,8%-ын құраса, ал қалған  0,2%-ы барлық басқа элементтердің үлесіне тиеді.

Элементтердің ағза мен  қоршаған ортада әркелкі таралуы  олардың сіңірілуіне, табиғи қосылыстардың  судағы ерігіштігіне байланысты. Суармалы жерлерден жылына 6 млн.т. тұздар шайылып, жер бетіне  таралып отырады. Бұл көрсеткіш жылдар  өткен сайын  12 млн.тоннаға дейін артатындығы жайлы ғылыми болжамдар бар.

Кремнийдің, алюминийдің  табиғи қосылыстары суда ерімейді, сондықтан олар тірі ағзаларға сіңірілмейді. Тірі жүйелер негізін, ағзаның 97,4%-ын  құрайтын элементтер — органогендер: көміртек, сутек, оттек, азот, күкірт, фосфор (көміртек негізгі органоген). Оттек пен сутекті көміртектің органикалық  қосылыстарының тотығу және тотықсыздындыру қасиеттерін реттеуші ретінде қарастыруға болады. Қалған үш органоген – азот, фосфор, күкірт ферменттердің белсенді ортасын түзушілер. Элементтерді тірі ағзалардағы орташа мөлшеріне қарай үш топқа бөледі :

1.Макроэлементтер (оттек,  сутек, көміртек, азот, фосфор, күкірт, кальциий, магний, натрий және хлор);  ағзадағы мөлшері 10% — дан жоғары болады.

2. Микроэлементтердің (йод, мыс, мышьяк, фтор, бром, стронций, барий, кобальт) ағзадағы мөлшері 10%-15%.

3. Ультрамикроэлементтер  — сынап, алтын, уран, торий,  радий және т.б. Олардың ағзадағы  мөлшері 15% — дан төмен.

Әр түрлі жасушалар  мен ағзалардың түзілуі мен өмір сүруі үшін  қажетті элементтер биогенді элементтер болып табылады.Тіршілік үшін маңыздылығына қарай химиялық элементтерді үш топқа бөледі:

1.Тіршілікке  қажетті элементтер. Олар адам ағзасында үнемі болады және ферменттер, гормондар, дәрумендер құрамына кіреді : H, O, Ca, N, K, P, Na, S, Mg, Cl, C, I, Mn, Cu, Co, Fe, Zn, Mo, V. Олардың жетіспеушілігі адамның қалыпты өмір сүруін бұзады.

2.Қосымша элементтер. Бұл элементтер жануар мен  адам ағзасында болады: Ga, Sb, Sr, Br, F, B, Be, Li, Si, Sn, Cs, Al, Ba, Cl, As, Rb, Pb, Ra, Bi, Cd, Cr, Ni, Ti, Ag, Th, Hg, V, Se. Олардың биологиялық маңызы осы уақытқа дейін толық  зерттелмеген.

3.Өте аз элементтер. Адам және жануар ағзаларынан  табылған, мөлшері және биологиялық  маңызы белгісіз.

Адамның ағзалары химиялық элементтерді әр түрлі концентрлейді, яғни микро-және макроэлементтер мүшелер мен ұлпаларда әркелкі таралады. Микроэлементтердің көпшілігі бауырда, сүйек және бұлшық ет ұлпаларында жиналады. Бұл ұлпалар көптеген микроэлементтердің негізгі қоры. Элементтер кейбір мүшелерге тән болып табылады және онда концентрациясы жоғары болады. Мысалы, мырыш – қарын асты безінде, йод – қалқанша безінде, фтор – тіс кіреукесінде, алюминий, мышьяк, ванадий – шашта, кадмий, сынап, молибден – бүйректе , қалайы – ішек ұлпаларында, стронций – қуық безінде, сүйек ұлпасында, барий – көздің пигментті қабатында, бром, марганец, хром – гипофизде және тағы басқаларда жиналады.

Ағзада  микроэлементтер байланысқан және бос ионды  түрінде де кездеседі. Кремний, алюминий, мыс және титан бас миы ұлпаларында нәруыздармен комплекс түрінде, ал марганец ион түрінде кездеседі. Сутек және оттек – макроэлементтері су молекуласын түзетіні белгілі, ал, ересек адам ағзасының шамамен 65%-ы су болып келеді. Су-маңызды еріткіш және ол адамның мүшелерінде, ұлпаларында және биологиялық сұйықтықтарда әркелкі таралған, асқазан сұйығының, сілекейдің, қан плазмасының, лимфаның 99,5% — дан 90% — ға дейінгі аралығын құрайды. Ендеше су ресурстарының құрамын зерттеу, үнемі бақылау және мемлекет тарапынан қорғау іс-шараларын жүргізудің тіршілік үшін маңызы бар деуге болады.  Химиялық элементтердің ағзадағы мөлшерінің өзгеруіне әр түрлі аурулар әсер етеді. Мысалы, рахитпен ауырғанда фосфорлы – кальцийлі алмасу бұзылады да ағзадағы кальцийдің мөлшері төмендейді. Нефритпен ауырғанда электролитті алмасудың бұзылуының әсерінен ағзадағы кальцийдің, натрийдің, хлордың мөлшері азаяды да магний мен калий көбейеді. Ағзадағы макро- және микроэлементтердің мөлшерін гормондар реттеп отырады.  Химиялық элементтердің адам ағзасындағы биологиялық орны әр түрлі болып келеді.           Макроэлементтер — ұлпаның құрылысын, осмос қысымының тұрақтылығын, иондық және қышқыл– негіздік құрамын реттеушілер. Микроэлементтер қан жасалу, тотығу – тотықсыздану, тамырлар мен ұлпалардың өткізгіштігіне белсенді әсер етушілер. Макро – және микроэлемент-тер – кальций, фосфор, фтор, йод, алюминий және кремний, сүйек және тіс ұлпаларының түзілуін қамтамасыз етушілер. Микроэлементер ферменттер, гормондар, дәрумендер, биологиялық белсенді заттар құрамына комплекс түзушілер немесе активаторлар түрінде  кіреді де зат алмасу, көбею, ұлпаның тыныс алу, улы заттарды залалсыздандыру үрдістеріне қатысады. Кейбір элементтердің мөлшері адам ағзасында жасы ұлғайған сайын өзгеріп отырады. Мысалы, кадмийдің бүйректегі және молибденнің бауырдағы мөлшері қартайғанда жоғарылайды. Жас ұлғайған сайын кейбір мырыш, ванадий және хром сияқты  микроэлементтердің мөлшерлері кемиді.  Макро- және микроэлементтердің қызметі белгілі бір дәрежеде ұқсас. Олар организмде негізгі үш функция атқарады: тіс пен сүйектердің құрамына кіреді; еритін тұздар түрінде организм клеткалары мен сұйықтықтарының құрамын реттеуге қатысады; көптеген ферменттердің кофакторлары болып табылады және белоктардың құрамына кіреді. Макроэлементтер бірінші екі функцияда басты роль, ал микроэлементтер негізінен үшінші функцияны атқарады.                                                                 

 

 

Макроэлементтердің  биологиялық рөлі

Макроэлементтер – көміртек, сутек, оттек, азот, күкірт, фосфор –  нәруыздың, нуклеин қышқылдарының  және ағзаның басқа да биологиялық   белсенді қосылыстарының құрамына кіреді. Нәруыздардың құрамында көміртек 51 — 55%, оттек 22 — 24%, азот 15 — 20%, сутек 6,5 — 7%, күкірт 0,3 – 2,5%, фосфор шамамен 0,5%. Көміртек, сутек және оттек көмірсулардың және липидтердің (майлар), ал, фосфор, фосфолипидтердің құрамында фосфатты топтар түрінде болады. Көп мөлшерде липидтер бас миында, бауырда, сүтте, және қан сұйықтығында концентрленеді. Сүйек ұлпасындағы фосфордың негізгі мөлшері–600 г. Ол адам ағзасындағы барлық фосфордың 85% — ын құрайды. Фосфор тістің қатты ұлпаларында концентрленеді ал табиғатта  кальций, хлор, фтор элементтерімен қосылыстар түрінде, фторапатиттер құрамында кездесетіндігі белгілі. Кальций де негізінен сүйек және тіс ұлпаларында концентрленеді. Натрий және хлор жасуша аралық, ал калий және магний жасуша ішіндегі сұйықтықтарда кездеседі. Натрий және калий фторид  түрінде сүйек және тіс ұлпаларында болады. Магний фосфат түрінде тістің қатты ұлпаларында болады.

Тірі ағзаға қажетті  тіршілік металдары деп аталатын металдардың жалпы сипаты  бойынша шамамен салмағы 70 кг адам ағзасында тіршілік металдарының мөлшері төмендегідей болады : кальций – 1700 г, калий – 250г, натрий – 250 г, магний – 42 г, темір – 5 г, мырыш – 3 г, мыс – 0,2 г, марганец, молибден, кобальт – барлығы шамамен 0,1 г. Ересек адамның денесінде 3 килограммға дейін  минералды тұздар бар, бұл мөлшердің 5/6 бөлігі сүйек ұлпаларына тиесілі. Кейбір макроэлементтер (магний, кальций) және көптеген микроэлементтер  ағзада биолиганд – аминқышқылдармен, нәруыздармен, нуклеин қышқылдарымен, гормондармен, дәрумендермен және тағы басқалармен комплекс түрінде кездеседі. Мысалы, темір  ионы комплекс түзуші ретінде- гемоглобин, кобальт-В 12 дәруменінің, магний- хлорофилл құрамына кіреді. Сонымен қатар, ағзада биологиялық маңызы жоғары  басқа да  элементтердің көптеген  биокомплекстері бар.

 

Микроэлементтердің  биологиялық рөлі.

Микроэлементтер – топырақта, тау жыныстарында, қазба көмірлерде, табиғи және минералды суларда, организмдерде (аз мөлшерде 0,01 – 0,1% не одан төмен) кездесетін химиялық элементтер. Микроэлементтерге Al, Fe, Cu, Mn, Zn, Mo, Co, І, т.б. жатады. Олар бірқатар ферменттердің, витаминдердің, гормондардың, тыныс алу пигменттерінің құрамына кіреді. Академик В.ВернадскийМикроэлементтердің биосферадағы таралуының бірнеше заңдылықтары бар екенін зерттеді. 30-дан астам Микроэлементтер адам, жануар және өсімдік тіршілігіне өте қажет. Микроэлементтердің артық не кем болуы организмдегі зат алмасу процесін бұзады. Микроэлементтер өсімдіктің организміне топырақпен, ал жануарлар мен адам организміне тамақпен ауысады. Микроэлементтер бойдың өсуіне (жануарларда – Mn, Zn, І), қанның түзілуіне (Fe, Cu, Co), т.б. әсер етеді. Егер өсімдік құрамында бор болған жағдайда ол азот, фосфор және калийді жақсы сіңіреді. Бор жетіспегенде өсімдік тұқымынашарлайды, әр түрлі ауруларға шалдығады. Марганец пен мырыш тотығу - тотықсыздану процесін жылдамдатып, өсімдіктің өсуін тездетеді. Мыс тотығу ферменттерінің құрамына кіреді және В тобывитаминдерінің синтезін белсендендіреді. Йод адам және жануарлар организміндегі тироксин гормонының қызметін жақсартады. Микроэлементтер мұнай, газ және полиметалл кендерін іздеуге, ауыл шауашылығындағы дақылдарының өнімділігін арттыруға (микротыңайтқыштар), т.б. пайдаланылады

Микроэлементер ферменттер, гормондар, дәрумендер, биологиялық  белсенді заттар құрамына комплекс түзушілер  немесе активаторлар түрінде  кіреді де зат алмасу, көбею, ұлпаның тыныс алу, улы заттарды залалсыздандыру үрдістеріне қатысады. Кейбір элементтердің мөлшері адам ағзасында жасы ұлғайған сайын өзгеріп отырады. Мысалы, кадмийдің бүйректегі және молибденнің бауырдағы мөлшері қартайғанда жоғарылайды. Жас ұлғайған сайын кейбір мырыш, ванадий және хром сияқты  микроэлементтердің мөлшерлері кемиді. Әр түрлі микроэлементтердің жетіспеушілігіне немесе артуына байланысты көптеген аурулар белгілі. Фтордың жетіспеушілігінен тіс жегісі, йодтың жетіспеушілігінен зоб, молибденнің артық мөлшерінен  подагра пайда болады. Адам ағзасын-дағы биогенді элементтер концентрациясы өмір сүрудің тепе-теңдігін сақтайды   (химиялық гомеостаз). Бұл баланс элементтің жетіспеушілігіне немесе артық болуына байланысты бұзылады және әр түрлі аурулар туады.

Микроэлементтердің адам ағзасындағы мөлшері және қатынасы жайындағы мәліметтерді сот – медициналық сараптама жасау істеріне пайдаланады. Мысалы, этил спиртінің қатынасында алкогольді улану жағдайында бауырда кальцийдің мөлшері көбейіп, натрий мен калий азаяды. Тағам құрамында темір, мыс, мырыш, йод, кальций, фосфор, магний және т.б. элементтері жетіспесе, адам денсаулығына үлкен зардап келуі мүмкін. Сонымен қатар, ағзаға биогенді элементтердің тек қана жетіспеушілігі емес, артық мөлшері де зиян, өйткені бұл кезде химиялық гомеостаз бұзылады. Мысалы, тағамда марганец артық мөлшерде болса, плазмада мыстың мөлшері көбейеді, ал, бүйректе азаяды. Тағам құрамында молибденнің мөлшері көбейсе, бауырда мыстың мөлшері көбейеді. Тағамда мырыш көбейсе темірі бар фермент-тердің белсенділігі төмендейді. Сондықтан да тіршілікте маңызды болып саналатын минералды компоненттердің концентрациясы сәл ғана көбейсе олардың аз мөлшерінің өзі де улы болып табылады деуге негіз бар.

Магний жүйке ұлпаларының  жұмысын жақсартады, сүйек түзуге қатысады. Адамға күніне шамамен 400 мг магний керек. Қаңқаның мықтылығы оның құрамындағы элементтер фосфор мен кальцийдің мөлшеріне тығыз байланысты. Фосфордың мөлшері кальцийден бір жарым есе көп болуы керек. Ондай болмаған жағдайда тепе-тендік мөлшерін белгілі бір деңгейде ұстап тұру үшін жеткіліксіз мөлшерін сүйектегі қордан алады. Бірақ Д витамині оның арақатынасын реттеп отырады. Фосфор нерв клеткаларының қызметі үшін де керек, сондай-ақ ол — күш-қуат көзі. Сондықтан оның мөлшері барлық уақытта біркелкі болуы керек. Фтор, стронций адам тісінің мықты болуына әсер етеді. Адам ағзасында 250 – 300 г NaCl  болады, тамақпен 10 – 15 г күнделікті қайта толықтырылып отырады. Натрий хлоридінің артық мөлшері ішкі ағзаларға (бауыр, бүйрек) әсер ететіндігі зерттелген. Ал, Жамбыл облысындағы тұз бассейндері кендерінің (Ресей ғалымдарының зерттеулері бойынша барлығы 54 тұз бассейндері бар екендігі келтірілген) осы уақытқа дейін ашық болуы, желдің әсерінен тозаң түрінде аймаққа таралуы экологиялық ахуалының нашарлығын көрсетеді деуге болады.

Микроэлементтердің ағза үшін физиологиялық маңызы өте жоғары. Мыс — денсаулыққа өте пайдалы  микроэлементтердің бірі. Егер ағзада мыс жетіспесе, бауырда қорланған  темір гемоглобинмен байланысқа түсе алмайды. Мыстың мөлшерінің аз немесе көптік шамасының көрсеткіші-адамның шашы. Мыстың мөлшері төмендеген кезде немесе жетіспеген жағдайда шаш тез ағарады. Мыс қанға оттектің өтуін қамтамасыз етеді. Соның нәтижесінде жасуша, ұлпалар оттекпен жақсы қамтамасыз етіледі. Мыс көптеген ферменттердің құрамына кіреді, ұлпалардағы тотығу реакциясын жылдамдатады. Темір элементінің рөлі денсаулық үшін өте зор. Егер темір жетіспесе, баршамызға белгілі анемия немесе қан аздық ауруы пайда болады. Бұл элементтің ағзадағы тәуліктік мөлшері 11-30 мг. Адам қанында 3 г жуық темір бар. Оның мөлшері көрсетілген шамадан төмен болса, қанның қызыл клеткасының, яғни, гемоглобиннің түзілуі нашарлап, тыныс алу функциясы төмендейді. Темір ағзаға сырттан түседі, тамақтың құрамындағы темір ионы он екі елі ішектің жоғарғы бөлігінде қанға сіңеді. Темірдің ағзаға  дүрыс сіңбеуі асқазандагы түз қышқылының жетіспеуінен немесе темірдің белокпен байланысының нашарлауынан болады. Ал, тұз қышқылының жетіспеуінің өзі бауыр мен өт жолдарының дұрыс қызмет атқармауынан деуге болады, яғни, оларда әр түрлі тұздар тастар түрінде жиналады. Тастардың пайда болуы топырақ пен судың және қоректің сапасына байланысты екендігі түсінікті. Демек, облыс көлемінде халықтың денсаулығының төмен көрсеткіштері оларды қоршаған табиғат ортасына, экологиялық сипатына тікелей байланысты деуге болады. Жоғарыда айтылған элементтердің тәуліктік нормасын зерттеудің нәтижесінде мынадай қорытынды жасалады: ересек адамдар үшін микроэлементтердің тәуліктік мөлшері: алюминий — 49,01 мг, бром — 0,821 мг, темір — 1,1-30 мг, йод — 0,2 мг, кобальт — 0,05-0,1 мг, марганец — 5—7 мг, мыс — 2-3 мг, молибден — 0,15—0,3 мг, никель — 0,63 мг, рубидий — 0,35-0,5 мг, фтор — 2-3 мг, мырыш — 10—15 мг. Әрине, бұл көрсеткіштер адамның жас ерекшеліктеріне байланысты өзгеріп отырады. Мысалы, ой еңбегімен айналысатын адамдар үшін марганецтің мөлшері тәулігіне 5-6 мг. Жас балаларға марганецтің мөлшері ересектерге қарағанда көбірек қажет болады. Сондықтан да соңғы жылдары микроэлементтер жайлы зерттеу жұмыстары жүйелі жүргізіліп келеді. Микроэлементтердің негізгі физиологиялық – биохимиялық қасиеттері бойынша Қазақстанда  П. Р. Загриценко, Ж. Қалекенов, Қ. Кенжеев,  Ж. Мамутов және    К. Сағатов, ал Ресейде Я. В. Пейве, М. Я. Школьник, П. А. Власюк, О. К. Кедров – Зихман сияқты ғалымдар зертеу жұмыстарын жүргізген.

Қоректік зат, оны пайдалану барлық тірі организмге тән қасиет. Қоректену нәтижесінде  ағзада көптеген биологиялық, химиялық және физикалық үрдістер, яғни, көбею, өсу, даму, еңбек ету, т.б. жағдайлары болады. Адамның денсаулығы дұрыс болып қалыпты  өмір сүру үшін ең қажеттісі — қоректік заттың мөлшері, сапасы, ағзаға ену мөлшері міндетті түрде тиісті деңгейде сақталуы керек. Әрбір қоректік заттың энергетикалық балансын сақтау ең басты шарт болып табылады. Қоректік заттың құрамындағы әр түрлі бөліктерінің мөлшері, сапасы (белоктар, майлар, комірсулар, минералды заттар, макро және микроэлементтер, витаминдер) саны белгілі ретпен бір-біріне тығыз байланыста болатындығы анықталған.Бейорганикалық микроэлементтер организімнің басқа қосылыстарынан да, соның ішінде гормондар мен витаминдерден де табылған. Мысалы, мырыш инсулиннің құрамына кіреді. Қандағы оттегіні тасымалдауға қатысатын гемоглобинде темір болады. Кобальт атомдары кобаламин (витамин В12) молекулаларын құрайды.  
Анемиямен ауыратын жануарлардың жеміне кобальт тұздарын қосқанда олар тез айыға бастаған. Витамин В12 қан түзілу процессіне қажет екендігі дәлелденген.  
Анемияның ауыр түрі адамдар үшін де қауіпі: 1926 жылы Мимо және Мерфи шикі бауыр осы аурумен күресудегі ең жақсы зат екендігін анықтаған. Осы уақыттан бастап бауыр тканьдерінен емдік қасиеті бар затты бөліп алуға бағытталған зерттеулер басталды. 1948 жылы кобальттың комплексті қосылыс болып табылатын қызыл түсті қосылыс кристалдық түрде алынады. Бұл қосылыс адам қанында 2,6*10-4 мкг/мл концентрациясында болады. Ол ішекте бактериялар қызметінің нәтижесінде түзіледі және организмде ерекше белоктар қосылыс (мукопротеид) болған жағдайда сіңіріледі.  
В12 витамині эритроциттердің түзілуі үшін қажет. Оның әсер ету механизмі әлі толық зерттелмеген, бірақ бұл витамин зат алмасудың маңызды сатыларында – CH3 топтарын (және тағы басқа алкил топтарын) тасымалдайды. Мұндай тасымалдау кезінде аралық өнім ретінде тасымалданатын тотығы көміртек атомы мен кобальт ионы арасында байланыс бар қосылыс түзіледі.