Organizmning asosiy kimyoviy komponentlari Elementlarning biologik rollari Biologik ahamiyati

Elementlarning biologik rollari
Yer yuzasida tabiiy ravishda uchraydigan kimyoviy elementlarning katta qismi tirik mavjudotlarning tuzilishi va metabolizmi uchun zarurdir. Ushbu elementlarning to'rttasi (vodorod, uglerod, azot va kislorod) har bir tirik mavjudot uchun zarur bo'lib, birgalikda protoplazma massasining 99% ni tashkil qiladi. [1] Fosfor va oltingugurt ham nuklein kislotalar va aminokislotalarning tuzilishi uchun zarur bo'lgan umumiy muhim elementlardir. Xlor, kaliy, magniy, kaltsiy va fosfor tayyor ionlashuvi va membrana faolligini va osmotik potentsialni tartibga solishda foydaliligi tufayli muhim rol o'ynaydi. [2] Tirik mavjudotlarda topilgan qolgan elementlar, birinchi navbatda, oqsil tuzilishini aniqlashda rol o'ynaydigan metallardir. Masalan, gemoglobin uchun zarur bo'lgan temir va xlorofill uchun zarur bo'lgan magniy. Ba'zi elementlar faqat organizmlarning ma'lum taksonomik guruhlari, xususan prokariotlar uchun zarurdir. Masalan, lantanidlar seriyasidagi noyob erlar metanogenlar uchun zarurdir. Quyidagi jadvalda ko'rsatilganidek, elementlarning 19 tasi barcha tirik mavjudotlar uchun, yana 17 tasi esa ba'zi taksonomik guruhlar uchun zarur ekanligi haqida kuchli dalillar mavjud. Ushbu 17 tasining ko'pchiligi to'liq o'rganilmagan va ularning biologik ahamiyati hozirda taxmin qilinganidan kattaroq bo'lishi mumkin.
Qolgan elementlar muhim emasligi ma'lum. Buning bir qancha sabablari bor ko'rinadi.
Ma'lum bo'lgan muhim elementlardan tashqari, ko'pchilik elementlar faqat inson salomatligi uchun ahamiyati bilan bog'liq holda to'g'ridan-to'g'ri biologik tadqiqotlar oldi, bu tasodifan tovuqlar va kalamushlar kabi ba'zi laboratoriya hayvonlarini va qishloq xo'jaligida ahamiyatga ega o'simliklarni o'rganishni o'z ichiga oladi. Ba'zi elementlarning odamlardan tashqari guruhlar uchun zarur ekanligi haqida dalillar mavjud, ammo odamlar yoki laboratoriya hayvonlaridan boshqa biron bir guruhni muntazam ravishda o'rganish uchun kamdan-kam uchraydigan elementlarning etishmasligi oqibatlarini aniqlash uchun juda kam harakat qilingan va bu guruhlar uchun bilim asosan cheklangan. har bir organizmning boshqa tomonlarini o'rganish uchun tasodifan to'plangan ma'lumotlar.
Asil gazlar geliy, neon, argon, kripton, ksenon reaktiv emas va ma'lum biologik rolga ega emas (radon radioaktivdir, quyida muhokama qilinadi).
Ba'zi elementlar er yuzida juda kam uchraydi va ular uchun zarur bo'lgan har qanday hayot shakli cheklangan yashash joyiga va ehtimol cheklangan muddatga ega bo'lishi mumkin, chunki geologik o'zgarishlar bu elementlarning mavjudligini o'zgartirgan. Masalan, rodiy va tantal.
Ba'zi elementlar molekulyar tuzilmalardagi boshqa, keng tarqalgan elementlarni osongina almashtiradi, masalan. brom ko'pincha xlorni yoki volframni molibdenni almashtiradi. Ba'zida bu almashtirish biologik ta'sir ko'rsatmaydi, ba'zida u salbiy ta'sir ko'rsatadi.
Ko'pgina elementlar yaxshi xulqli, ya'ni ular odatda organizmlarga yordam bermaydi va zarar etkazmaydi, lekin bioto'planishi mumkin. Biroq, ushbu "yaxshi" elementlar haqidagi adabiyotlar deyarli butunlay odamlar va laboratoriya hayvonlaridagi roliga qaratilganligi sababli, ularning ba'zilari oxir-oqibat boshqa organizmlarda muhim rol o'ynashi mumkin. Quyidagi jadvalda 56 ta yaxshi element mavjud.
Odamlarda farmakologik funktsiyaga ega bo'lgan bir nechta elementlar aniqlangan (va, ehtimol, boshqa tirik mavjudotlarda ham bu hodisa keng o'rganilmagan). Ularda odatda muhim bo'lmagan element kasallikni davolashi mumkin (ko'pincha mikronutrient etishmovchiligi). Misol tariqasida, kalamushlarda temir tanqisligi ta'sirini kamaytiradigan ftorni keltirish mumkin.
Yaxshi elementlarning ba'zilari radioaktivdir. Shunday qilib, ular mutatsiyaga olib kelishi mumkin bo'lgan potentsial tufayli hayotni o'zgartiradilar. Bu ta'sirni salbiy yoki foydali deb talqin qilish mumkin, ammo mutatsiya ionlashtiruvchi nurlanish bo'lmagan taqdirda ham davom etar ekan, bu mutagen elementlar tirik mavjudotlar uchun muhim emas.
Atom raqami 95 yoki undan yuqori bo'lgan barcha elementlar sintetik va radioaktiv bo'lib, yarimparchalanish davri juda qisqa. Bu elementlar er yuzida hech qachon mavjud bo'lmagan, faqat juda qisqa vaqt oralig'ida. Hech kim biologik ahamiyatga ega emas.
Alyuminiyni alohida ta'kidlash kerak, chunki u Yer qobig'idagi eng ko'p metall va uchinchi eng ko'p element [3], shunga qaramay, u hayot uchun muhim emas. Faqatgina bundan mustasno, er qobig'idagi eng ko'p tarqalgan sakkizta element, qobiq massasining 90% dan ortig'ini tashkil qiladi [3] ham hayot uchun zarurdir.
Quyidagi ro'yxat kimyoviy elementlarning mumkin bo'lgan biologik rollarini tartib bilan belgilaydi, ular barcha tirik mavjudotlar uchun zarur bo'lgan elementlar uchun 5 balldan, tirik mavjudotlarga ma'lum ta'siri bo'lmagan elementlar uchun 1 ballgacha. Elementlarning maxsus funktsiyalari uchun harf ballari ham mavjud. Ushbu daraja ballari quyidagi jadvaldagi har bir elementni tavsiflash uchun ishlatiladi.
Reyting Biologik ahamiyati
5 Barcha (yoki ko'pchilik) tirik mavjudotlar uchun zarur.
4 Ba'zi tirik mavjudotlar uchun zarur.
3 Muhim emas, lekin farmakologik rolga ega, ba'zi organizmlarda kasalliklarni davolashda yordam beradi.
2 Xavfli: ba'zi organizmlarda mavjud bo'lib, ba'zan bioakkumulyatsiya qilinadi, lekin odatda aniq ta'sir ko'rsatmaydi (mumkin bo'lgan zararli ta'sirlardan tashqari, "a" yoki "b" eslatmalari).
1 Yer yuzasida juda kam uchraydigan (1x10-7% dan kam, ya'ni eng kam tarqalgan muhim element - selen kabi 1/10 dan kam), shuning uchun har qanday biologik rol uchun past potentsialga ega.
a Ba'zi molekulyar shakllarda toksik.
b Radioaktiv.
c Dori yoki implant sifatida tibbiyotda qo'llanadi.
Quyidagi jadvalda yer yuzasida tabiiy ravishda uchraydigan 94 ta kimyoviy element, ularning atom raqamlari, yuqorida taʼriflangan biologik darajalari, tirik mavjudotlardagi umumiy foydali va zararli rollari koʻrsatilgan.
Atomning tuzilishi
Atom ikkita hududdan iborat: atom markazida joylashgan va proton va neytronlarni o'z ichiga olgan yadro va shaklda ko'rsatilganidek, yadro atrofidagi orbitada elektronlarini ushlab turadigan atomning eng tashqi mintaqasi. Atomlarda boshqa subatomik zarralar qatorida protonlar, elektronlar va neytronlar mavjud. Faqat bitta proton va neytronsiz bitta elektrondan tashkil topgan vodorod (H) bundan mustasno.
Bu erda tasvirlangan geliy kabi elementlar atomlardan tashkil topgan. Atomlar yadro ichida joylashgan proton va neytronlardan iborat bo'lib, elektronlar yadro atrofidagi orbitallarda joylashgan.
Protonlar, neytronlar va elektronlarning o'lchamlarini hisobga oladigan bo'lsak, atom hajmining katta qismi - 99 foizdan ko'prog'i - aslida bo'sh joy. Bu bo'sh joy bilan nima uchun qattiq jismlar bir-biridan o'tib ketmaydi, deb so'rash mumkin. Buning sababi shundaki, barcha atomlarni o'rab turgan elektronlar manfiy zaryadlangan va manfiy zaryadlar bir-birini itaradi.
Protonlar, neytronlar va elektronlar
Zaryadlash Mass (amu) Manzil
Proton +1 1 yadro
Neytron 0 1 yadro
Elektron –1 0 orbitallar
2.1 Atomlar, izotoplar, ionlar va molekulalar: qurilish bloklari
Ushbu bo'limda siz quyidagi savollarni o'rganasiz:
Atom tuzilishi elementlar, molekulalar va moddalarning xossalarini qanday belgilaydi?
Ion aloqalari, kovalent aloqalar, qutbli kovalent aloqalar va vodorod aloqalari o'rtasidagi farqlar qanday?
Tirik tizimlar kimyo va fizika qonunlariga bo'ysunadi. Materiya - bu bo'shliq va massani egallagan har qanday narsa. Tabiatda uchraydigan 92 ta element oʻziga xos xususiyatlarga ega boʻlib, ularning turli birikmalari molekulalarni hosil qiladi,ular birlashib organellalar.
hujayralar, toʻqimalar, organlar tizimi va organizmlarni hosil qiladi. Protonlar, neytronlar va elektronlardan tashkil topgan atomlar moddaning eng kichik birliklari bo'lib, ularning barcha xususiyatlarini saqlab qoladilar va ularning eng tashqi yoki valentlik elektron qobig'ida maksimal elektronlar soni mavjud bo'lganda barqaror bo'ladi. Elektronlar o'tkazilishi, bo'linishi yoki atomlar o'rtasida ion, kovalent va vodorod aloqalarini, shuningdek van del Vaals o'zaro ta'sirini o'z ichiga olgan aloqalarni yaratish uchun zaryad nomutanosibligini keltirib chiqarishi mumkin. Izotoplar turli xil miqdordagi neytronlarga ega bo'lgan elementning turli shakllari bo'lib, bir xil miqdordagi protonlarni saqlagan holda ko'plab izotoplar, masalan, uglerod-14, radioaktivdir.
Ushbu bo'limda keltirilgan ma'lumotlar va ta'kidlangan misollar AP ® Biologiya o'quv dasturi doirasidagi Katta g'oya 2da bayon etilgan tushunchalar va o'quv maqsadlarini qo'llab-quvvatlaydi. O'quv rejasida sanab o'tilgan o'quv maqsadlari AP ® Biologiya kursi, so'rovga asoslangan laboratoriya tajribasi, o'quv faoliyati va AP ® imtihon savollari uchun shaffof asosni ta'minlaydi. O'quv maqsadi kerakli tarkibni yettita fan amaliyotidan biri yoki bir nechtasi bilan birlashtiradi.
Katta g'oya 2 Biologik tizimlar erkin energiya va molekulyar qurilish bloklaridan o'sish, ko'payish va dinamik gomeostazni saqlash uchun foydalanadi.
Bardoshli tushunish 2.A Tirik tizimlarning o'sishi, ko'payishi va saqlanishi erkin energiya va moddalarni talab qiladi.
Muhim bilim 2.A.1 Barcha tirik tizimlar doimiy ravishda erkin energiya kiritishni talab qiladi.
Ilmiy amaliyot 4.1 Talaba ma'lum bir ilmiy savolga javob berish uchun zarur bo'lgan ma'lumotlar turini tanlashni asoslashi mumkin.
Ilmiy amaliyot 6.2 Talaba ilmiy amaliyotlar yordamida olingan dalillarga asoslanib, hodisalarning tushuntirishlarini tuzishi mumkin.
Ilmiy amaliyot 6.4 Talaba ilmiy nazariyalar va modellar asosida tabiat hodisalari haqida da'vo va bashorat qila oladi.
O'quv maqsadi 2.8 Talaba hayvon, o'simlik yoki bakteriya zarur bo'lgan qurilish bloklari sifatida qabul qiladigan va chiqindi mahsulot sifatida chiqaradigan molekula turlariga oid ma'lumotlarni tanlashni asoslay oladi.
Science Practice Challenge savollari ushbu bo'lim uchun AP imtihoniga tayyorgarlik ko'rishga yordam beradigan qo'shimcha test savollarini o'z ichiga oladi. Ushbu savollar quyidagi standartlarga javob beradi:
Uning eng asosiy darajasida hayot materiyadan iborat. Materiya - bo'shliqni egallagan va massaga ega bo'lgan har qanday modda. Elementlar o'ziga xos kimyoviy va fizik xususiyatlarga ega bo'lgan moddalarning noyob shakllari bo'lib, ularni oddiy kimyoviy reaktsiyalar orqali kichikroq moddalarga bo'linib bo'lmaydi. 118 ta element mavjud, ammo tabiatda faqat 98 tasi mavjud. Qolgan elementlar laboratoriyalarda sintezlanadi va barqaror emas.
Har bir element o'zining kimyoviy belgisi bilan belgilanadi, bu bitta bosh harf yoki birinchi harf boshqa element tomonidan "olilgan" bo'lsa, ikkita harfning kombinatsiyasi. Ba'zi elementlar element uchun inglizcha atamaga amal qiladi, masalan, uglerod uchun C va kaltsiy uchun Ca. Boshqa elementlarning kimyoviy belgilari ularning lotincha nomlaridan kelib chiqadi, masalan, natriyning belgisi Na, ya'ni natriy, lotincha natriy so'zi.
Barcha tirik organizmlar uchun umumiy bo'lgan to'rtta element - kislorod (O), uglerod (C), vodorod (H) va azot (N). Tirik bo'lmagan dunyoda elementlar har xil nisbatda uchraydi va tirik organizmlar uchun umumiy bo'lgan ba'zi elementlar 2.1-jadvalda ko'rsatilganidek, umuman yer yuzida nisbatan kam uchraydi. Masalan, atmosfera azot va kislorodga boy, lekin oz miqdorda uglerod va vodorodni o'z ichiga oladi, yer qobig'ida esa kislorod va oz miqdorda vodorod bo'lsa-da, azot va uglerod kam. Barcha elementlar va ular orasidagi kimyoviy reaksiyalar, ularning ko'pligidagi farqlarga qaramay, ular tirik yoki jonsiz dunyoning bir qismi bo'lishidan qat'i nazar, bir xil kimyoviy va fizik qonunlarga bo'ysunadi.
Tirik organizmlar (odamlar) tarkibidagi elementlarning tirik bo'lmagan dunyoga nisbatan taxminiy foizi
Element Hayot (odamlar) Atmosfera Yer qobig'i
Kislorod (O) 65% 21% 46%
Uglerod (C) 18% iz iz
Vodorod (H) 10% iz 0.1%
Azot (N) 3% 78% iz