Proiect Chimie- Elementele chimice din organismul uman

Există 11 elemente chmice care alcătuiesc 99,99% din compoziția atomilor organismului uman:          

Oxigen: 65% Carbon: 18% Hidrogen: 10% Azot: 3% Calciu: 1,5% Fosfor: 1% Potasiu: 0,35% Sulf: 0,25% Sodiu: 0,15% Magneziu: 0,05% 1

Elementele chimice prezente in organismul uman pot fi impartite in doua categorii: esentiale, a caror prezenta in organism este obligatorie; neesentiale, ce se gasesc in organism prin simpla contaminare a celor sentiale si care nu prezinta un rol fiziologic. Din prima categorie putem aminti: I, Fe, Zn, Mn, Ca, Na, Mo, Co, Cr, F. din a doua categorie fac parte: Al, Bi, Pb. Felul in care lucreaza aceste elemente le inrudeste de aproape atat cu catalizatorii cat si cu vitaminele. Astfel, drept catalizatori, ei pot sa dezlantuiasca reactii chimice fara a intra in combinatii dar in realitate ei intervin prin doua combinatii succesive, din care prima le ia si a doua le inapoiaza libertatea. De asemenea, ca si vitaminele, excluderea lor din alimentatie conduce la tulburari specifice ce pot fi inlaturate prin adaosul elementului respectiv. O clasificare a elementelor din componenţa organismului uman: - Macroelemente (99,99%). Organismul are nevoie de ele în cantităţi mari: C, H, O, N, K, Na, Cl, Ca, P, Mg. - Microelemente (0,01%): organismul are nevoie de ele în cantităţi extrem de mici: F (fluor), Mn, Fe, Co, Cr, I, Zn, Cu, Mo, Se. Tabelul 1. Funcţiile biologice ale elementelor esenţiale Bioelement sodiu

potasiu

magneziu calciu vanadiu crom molibden wolfram mangan fier cobalt nichel cupru

Rolul în organism transportul ionilor prin membrană, menţinerea presiunii osmotice a celulei, menţinerea pH-ului lichidelor intra şi extracelulare, transmiterea impulsurilor nervoase transportul ionilor prin membrană, menţinerea presiunii osmotice a celulei, menţinerea pH-ului lichidelor intra şi extracelulare structural, cofactor enzimatic pentru hidrolaze, izomeraze, participă la procesul de fotosinteză structural, transferul de sarcină fixarea azotului, enzimatic (oxidaze) tolerarea glucozei fixarea azotului, enzimatic (oxidaze, oxotransferaze) enzimatic (dehidrogenaze) structural, în procesul de fotosinteză, enzimatic (oxidaze) fixarea şi transportul oxigenului, fixarea azotului, transferul de electroni, enzimatic (oxidaze) oxidaze, transferul grupărilor alchil enzimatic (hidrolaze, hidrogenaze) transportul oxigenului, transferul de electroni, enzimatic (oxidaze) 2

zinc siliciu iodul seleniul florul

structural, enzimatic (hidrolaze) biomineralizarea oaselor şi carapacelor la crustacee constituent de bază al hormonilor tiroidieni component al glutation peroxidazei structural în reţeaua hidroxofosfatică a dinţilor

Până la 96% din masa corpului uman este constituită din 4 elemente esențiale: oxigen, carbon, hidrogen şi azot. Aceste elemente şi compuşii lor au cea mai mare pondere nu numai în organsimul omului, ci şi în toată materia vie. Cel mai răspândit element din Univers, hidrogenul, se găseşte pe Terra sub formă de apă. Deşi nu întreţine viaţa, intră în componenţa unor produşi de o importanţă deosebită: lipide, glucide sau proteine. Concentraţia ionilor de hidrogen dintr-o substanţă va da caracterul acid sau alcalin al acesteia, termen cunoscut de noi ca ph. Pentru organismele vii, cea mai mică variaţie a concentraţiei de hidrogen poate fi fatală, determinând alcaloze (perturbarea echilibrului acido-bazic, cu predominanţa componentei alcaline) sau acidoze (perturbarea echilibrului acido-bazic, cu predominanţa componentei acide). Un element ce întreţine viaţa e oxigenul. Tot cu pondere ridicată, e indispensabil vieţii, producând energie, dar în acelaşi timp nociv prin efectele sale de oxidare. Carbonul se găseşte în natură sub forma cristalizată (diamantul sau grafitul), dar apare şi în numeroase combinaţii organice sau anorganice, având rol atât structural, cât şi funcţional. Împreună cu oxigenul poate forma compuşi extrem de toxici pentru noi: dioxidul şi monoxidul de carbon. Azotul sau nitrogenul este prezent în toate organismele vii sub forma unor combinaţii organice de o mare diversitate ca: proteine, vitamine sau ADN. Deşi în aerul atmosferic are o pondere mare (peste 70%), el nu poate fi asimilat direct de către plante sau organismele superioare, fiind un gaz inert. Preluarea se face din sol sub două forme, prin acţiunea unor bacterii ce-l transformă în compuşi asimilabili (amoniac) sau din apa de ploaie. În organismul uman se găseşte într-o cantitate apreciabilă (aproximativ 1L), dizolvat în lipide sau alte lichide din organism. Alte elemente, deşi cu o pondere mai mică, au un rol esenţial în buna desfăşurare a proceselor vitale din organism. Ele sunt răspândite atât în celule, cât şi în lichidele organismului. Sodiul este un metal alcalin. Are proprietatea de a menţine constant echilibrul apei la exteriorul celulelor. Datorită eliminărilor zilnice, aportul de sodiu trebuie să fie constant pentru menţinerea unui echilibru normal. Cea mai mare sursă de sodiu o reprezintă sarea (NaCl), care se poate întâlni şi în ape minerale. Potasiul sau Kalium (simbol K) are o distribuţie predominant intracelulară (90%), scăzând odată cu creşterea ţesutului adipos. Alimentele cele mai bogate în potasiu sunt fructele şi legumele, carnea şi peştele.

3

Calciul se găseşte în toate compartimentele organismului sub 2 forme în special: în lichidele corpului şi în oase. Aportul de calciu trebuie crescut în timpul creşterii, sarcinii sau alăptării. Cele mai bogate alimente în calciu sunt lactatele, dar se mai întâlneşte şi-n ape minerale. Absorbţia de calciu este dependentă de complexul vitaminelor D. Pe lângă rolul structural (dinţi, oase), calciul intervine în procese de contracţie musculară, asigurând buna funcţionare a inimii şi a muşchilor. Magneziul, un component mineral major. Necesarul de magneziu îl putem lua din cereale, nuci, cacao sau banane. Protejează organismul prin procese antistres, antialergice sau antiinflamatoare. Clorul se găseşte într-o cantitate foarte mică în organism, fiind absorbit odată cu sodiul din sare (NaCl) şi împărtăşind cam aceleaşi roluri cu acesta. Fosforul reprezintă aproximativ 1% din greutatea unui adult, găsindu-se sub diferite forme. Dezechilibrele create de lipsa fosforului sunt rare, deoarece acesta se găseşte în majoritatea alimentelor. Sulful este un element mineral fundamental materiei vii. Aportul de sulf se efectuează în special prin proteinele din carne. Deşi se găseşte şi în legume în cantităţi apreciabile, e mai dificil de asimilat. Persoanele cu un regim vegetarian sunt predispuse bolilor cauzate de lipsa sulfului. Pe lângă aceste minerale, în noi se mai găsesc şi alte elemente, denumite oligoelemente, acestea fiind prezente în cantităţi foarte mici: cupru, fier, argint şi chiar aur. Deşi în cantităţi mici, fiecare element are un rol esenţial.

Organismul uman este un neobişnuit laborator chimic. Neobişnuit, deoarece e un laborator viu, compus din toate elementele minerale, sub formă organică. Prezenţa în exces a unora dintre aceste elemente sau lipsa altora se reflectă imediat asupra sănătăţii omului.

4

Tabel. Corpul uman și elementele ce se regăsesc în fiecare componentă a organismului

Component al organismului sau funcţie

Element sau compus

Constituţia dinţilor şi oaselor

Ca , F , P

Pietre renale

Ca

Transportul şi stocarea oxigenului

Fe

Controlul presiunii şi coagularii sângelui

Na , Cl , NO , Ca

Contracţia musculară

Ca , Mg

Respiraţia

Fe , Cu

Diviziunea celulară

Ca , Fe , Co

Contracţia intestinală

NO , Ca

Controlul pH-ului în sange

CO2 , Zn

Funcţionarea glandei tiroide

I

Surse naturale în care se găsesc bioelementele : -

F: în apa potabilă clorurată Mn: în cereale integrale, în nuci, în vegetale cu frunze de culoare verde, în mazăre, în sfeclă. Fe: în spirulină, susan, gălbenuş de ou, polen, linte, nuci, ovăz, grâu, spanac. Co: în lapte, ficat, carne, Cu: fasole uscată, mazăre, grâu integral, prune, şi aproape toate elementele de origine marină. Zn: carne, ficat, alimente de origine marină, germeni de grâu, drojdie de bere, seminţe de dovleac, ouă, lapte praf degresat. Se (seleniu): germeni de grâu, tărâţe, ton, ceapă, roşii, brocoli Mo (molibden): vegetale cu frunze de culoare verde închis, cereale integrale Iod: alge marine alimentare, sare marină, carne de peşte Crom : ficat de viţel, germeni de grâu, drojdie de bere, carne de pui, ulei de porumb. N (sodiu): sare de bucătărie, morcovi, sfeclă, anghinare Cl(clor): sare de bucătărie, măsline Ca: în lactate, susan, soia, migdale, alune, nuci. P (fosfor): în pui, peşte, cereale integrale, ouă, seminţe, nuci Mg: cereale nemăcinate, smochine, migdale, nuci, seminţe, vegetale de culoare verde închis, banane, căpşuni

5

-

K (potasiu): citrice, pepene galben, toate vegetalele cu frunze de culoare verde, frunze de mentă, seminţe de floarea soarelui, roşii, prune, banane, cartofi.

Cantitatea dintr-un element chimic necesarar organismului uman zilnic este:

Elementul

Cantitatea

Elementul

Cantitatea

Na

1-2 g

Cr

0,1-0,3 mg

K

0,8 g

Mn

3 mg

Mg

0,3-0,4 g

Fe

10 mg/femei 15-18 mg

Ca

0,6-1,2 g

Co

0,1 μg

Sr

1-4 mg

Ni

0,2-0,5 mg

Rb

1-3 mg

Cu

1,5-2,0 mg

Al

10-100 mg

Mo

0,1-0,3 mg

V

1-2 mg

Sn

1-3 mg

Apa în organismul uman. Dintre toate substanţele care intră în constituţia organismului uman, apa stă pe primul loc în ceea ce priveşte cantitatea. În medie, omul are 63-70 % apă în organismul său. Pentru un corp de aprox. 70 kg plasma sanguină are 3 l, lichidul interstiţial 14 l şi din celule 29 l. - În creier – 75% - Plămâni – 80% - Inimă 79% - Splină 75% - Rinichi 82% - Sânge 83% - Muşchi 75% - Oase 22%

6

Rolul apei în organismul uman. -

-

-

Apa este un excelent dizolvant pentru multe substanţe şi este mediul în care se desfăşoară cele mai multe reacţii chimice legate de metabolismul substanţelor. Dacă se amestecă 2 substanţe solide reacţia nu are loc. E nevoie ca cele două substanţe să fie dizolvate în apă, pentru ca reacţia să aibă loc. În organismul uman au loc numeroase reacţii chimice care dau naştere la căldură şi energie necesare vieţii. Aceste reacţii au nevoie de un mediu apos. Apa este un electrolit slab, dicociază în protoni şi hidroxil: A++ B- Aceşti ioni au proprietăţi catalictictice accelerând un număr considerabil de reacţii chimice. Multe reacţii care ar avea loc într-un timp îndelungat sub acţiunea catalitică a apei are loc în fracţiuni de secundă. Apa are proprietatea de a acumula şi a degaja căldura şi evaporarea. Aceste însuşiri ale apei sunt utilizate în fiziologia termoreglării (transpiraţie). La temperaturile ridicate ale verii organismul uman primeşte mult mai multă căldură decât are nevoie. Transformarea apei din stare lichidă în stare gazoasă presupune o pierdere de căldură de la corpul unde se află apa. În corpul omenesc fiecare gram de apă evaporată de pe suprafaţa pielii prin transpiraţie la temperatura camerei înlesneşte pierderea a 580 de calorii.

Metabolismul apei în organismul uman (cum intra şi cum iese apa...). Apa este introdusă în organismul uman sub formă de băuturi împreună cu alimentele. În afara cantităţii de apă pe care o introducem pe cale bucală. Apa mai rezultă în foarte multe procese de oxidare care au loc în organismul uman: oxidarea alcolilor la aldehide, la acizi sau arderi. Substanta(C2H) +O2 -> CO2 + H2O De regulă fructele conţin peste 90% apă, iar alimentele uscate conţin între 60-85% apă. 7

Apa luată din stomac şi din intestine este transportată de sânge în tot organismul şi este reţinută de către ţesuturi. Rezerva de apă a organismului o constituie în special muşchii şi pielea. Pe lângă acestea şi celelalte organe şi părţi ale corpului omenesc au în compoziţia lor o cantitate însemnată de apă ( vezi începutul lecţiei...) În mod normal organismul are nevoie de 2,5 l apă pe zi. Uneori această nevoie creşte de până la zeci de litri de apă. Depinde de mediul exterior... Apa din organism se elimină prin: - Rinichi 06 – 2 l pe zi - Piele sub formă de traspiraţie - Plămâni sub formă de vapori - Intestine În cazul unor boli cum este diabetul se elimină o cantitate uriaşă de apă sub formă de urină de la 8-10 l pe zi. Setea este semnalul lipsei de apă în organism. Celulele diferitelor ţesuturi ajung să nu aibă destulă apă. Celelalte celule anunţă creierul despre lipsa apei. La nivelul cerebral informaţia este prelucrată şi se formează senzaţia de sete care ne obligă să bem apă. Metabolismul apei este influenţat de multe glande cu secreţie internă (tiroida, glandele suprarenale, glandele genitale, pancreasul, ficatul). Organul cel mai important care reglează metabolismul apei este hipofiza – o glandă situată sub creier. Ca organ coordonator scoarţa creierului intervine în toate procesele de reglare a metabolismului apei. Tabel 2. Afecţiuni generate de carenţa bioelementelor din organism

Ca Mg Fe Zn Cu Mn Co Ni Cr Si F I Se Mo

tulburări de creştere (schelet) a fătului Crampe anemie, dezordini ale sistemului imunitar boli de piele boli ale arterelor, ficatului, anemie secundară Sterilitate anemie pernicioasă tulburări de creştere, dermatite simptome asemănătoare diabetului tulburări în dezvoltarea scheletului Carii lipsa funcţiei tiroidei, metabolism încetinit dureri musculare încetinire în dezvoltarea celulelor

8

Importanţa şi efectele deficienţei unor elemente chimice în organism: 







Efectele deficienței de cupru din organism poate fi observată foarte ușor, după anumite simptome vizibile: anemia, vase de sânge fragile ce se pot rupe, colesterol rău, infecții mai frecvente, pierderea părului sau albirea treptată a pielii și, cel mai important, oboseala cronică. Persoanele care suferă de hipoclorhidrie (adică diminuarea secreției acidului gastric) sunt mai expuse șansei de a dobândi deficiența de cupru. Însă, persoanele care consumă suplimente alimentare cu zinc sunt expuse aceleași deficiențe. Doza zilnică recomandată de cupru de către specialiști este de 1,5-3 mg. . Și consumul de alcooll poate cauza rapid deficiența de cupru. La femei, deficiența mai poate fi însoțită de menstruații neregulate. Sodiul este un element indispensabil existenței celulelor din organismele animale. Concentrația sărurilor, deci și a ionului de sodiu, determină presiunea osmotică normală a lichidelor. Sodiul mărește îmhibiția cu apă a coloizilor din celule. El se găsește în special în serul sanguin, sub formă de NaCl, dar și de bicarbonat și fosfat de sodiu. Carența de calciu se manifestă diferențiat, în funcție de gravitatea scăderii fracțiunii ionice.În soluție, ionul de calciu are un gust variabil, fiind declarat ca având un gust ușor sărat, acru, mineralic sau chiar liniștitor. Se pare că multe animale pot gusta calciul și utiliza simțul pentru a găsi sărurile pe care le ling. Calciul are un rol foarte important în corpul omenesc el fiind al cincilea element din organism. Rolul lui principal este acela de a da rezistență oaselor, alt rol fiind folosirea ionului Ca2+ în funcțiile citoplasmatice. Fierul joacă un rol important în biologie, formând substanțe compuse cu oxigen molecular în hemoglobina și mioglobina; acești doi compuși sunt proteine comune ce au rol în transportul oxigenului la vertebrate. De asemenea, fierul este metalul cel mai utilizat în enzimele redox cele mai importante, care sunt implicate în respirația celulară, procesele de oxidare și reducere la organismele vegetale și animale.Fierul este un element esențial pentru aproape toate organismele vii. El este inclus, de regulă în formă stabilă, în metaloproteine, deoarece în formă liberă sau expusă duce la producerea de radicali liberi care în general sunt toxici pentru celule. Fierul se poate combina cu orice tip de biomoleculă și, ca atare, va adera la membrane, acizi nucleici, proteine etc. Multe animale înglobează fierul în hemuri, o componentă esențială a citocromilor, proteine implicate în reacții redox (incluzând respirația celulară), și a proteinelor purtătoare de oxigen hemoglobina și mioglobina. Fierul anorganic implicat în reacții redox se găsește de asemenea în complexele fier-sulf din multe enzime, cum ar fi nitrogenaza și hitrogenaza. Atunci când organismul se confruntă cu o infecție bacteriană, fierul este “sechestrat” în interiorul celulelor (de obicei în molecula de depozitare feritină) astfel încât să nu poată fi folosit de către bacterii. Fierul absorbit din duoden este legat în transferină și transportat prin sânge către diverse celule, unde este înglobat în proteine prin.mecanisme încă neidentificate.Celemai 9



bune surse de fier în alimente sunt carnea de porc, peștele, carnea de pui, lintea, fasolea, pătrunjelul, pâinea din făină integrală etc. Urtica urens (urzica) contine o mare cantitate de fier (100mg fier la 100 g planta). În schimb, spanacul ca sursă principală de fier este unmit datorat unei greșeli de transcriere a cantității de fier. Magneziul este important atât în dezvoltarea animalelor cât și a plantelor. Clorofila constă în porfirine bazate pe magneziu. Necesarul zilnic de magneziu al unui adult este de 300-400 mg în funcție de sex, greutate și înălțime. O dozare inadecvată a magneziului cauzează deseori spasme musculare și este asociată cu boli cardiovasculare, diabet,hipertensiune și osteoporoză. Deficiența acută este rară și nu este niciodată datorată unei insuficiențe din alimentație ci urmare a unor boli specifice care sunt în general rare. Verdețurile, ca de exemplu spanacul, furnizează magneziu pentru că molecula de clorofilă conține acest metal. Nucile, semințele și unele cereale sunt o bună sursă de magneziu. Deși magneziul este prezent în multe alimente, se întâlnește în general în cantități mici. Conform părerii multor nutriționiști, necesarul zilnic de magneziu nu poate fi asimilat dintrun singur fel de mâncare. Mâncând o mare varietate de mâncăruri, incluzând cinci feluri de fructe și legume zilnic și multe cereale, se poate asigura doza adecvată de magneziu. Cantitatea de magneziu conținută în alimentele prelucrate este în general mică. Apa poate fi o sursă de magneziu, dar cantitatea diferă în funcție de calitatea apei. Iată câteva alimente și cantitatea de magneziu aferentă:

10