Биологическая роль азота и кислорода

 

 

 

 

 

Реферат

По предмету: Неорганическая химия

На тему: Биологическая роль азота и кислорода

 

 

Выполнил: 

Проверил:

 

 

 

 

 

 

Луганск – 2013

 

План

1. Биологическая роль азота
2. Применение азота
3. Биологическая роль кислорода
4. Применение кислорода
5. Выводы
6. Список использованной литературы

 

Биологическая роль азота

Азот является элементом, необходимым для существования  животных и растений, он входит в  состав белков (16—18 % по массе), аминокислот, нуклеиновых кислот, нуклеопротеидов, хлорофилла, гемоглобина и др. В  связи с этим значительное количество связанного азота содержится в живых  организмах, «мёртвой органике» и  дисперсном веществе морей и океанов. Это количество оценивается примерно в 1,9•10 ¹¹ т. Сине-зеленые водоросли усваивают газообразный азот из атмосферного воздуха. Растения добывают азот из почвы в виде растворимых нитратов и соединений аммиака.

 

Основная функция и  способность азота – образовывать пептидные связи и формировать  все разнообразие белков, а также  участвовать в составе множества  биологически активных гетероциклов. Азот необходим всем живым организмам для синтеза азотсодержащих строительных блоков - аминокислот, из которых образуются белки и нуклеиновые кислоты.

Азот в виде аминогруппы -NH ₂ входит в состав различных биолигандов, играющих огромную роль в процессах жизнедеятельности (аминокислоты, нуклеотиды, нуклеиновые кислоты).

 

Физиологическая роль азота  в организме ассоциируется, прежде всего, с белками и аминокислотами, их метаболизмом, участием в жизненно-важных процессах и влиянием на эти процессы. Аминокислоты являются исходными соединениями при биосинтезе гормонов, витаминов, медиаторов, пигментов, пуриновых и  пиримидиновых оснований и т.д. Белки в пересчете на сухой  вес составляют 44% от массы тела.

Изменения в содержании белков и аминокислот, расстройства их метаболизма  могут быть вызваны различными причинами. Среди этих причин – их недостаточное (или избыточное) поступление, нарушение  переваривания и всасывания белка  в желудочно-кишечном тракте, расстройство процессов экскреции азота и  его соединений. Интегральным показателем  состояния белкового обмена является азотистый баланс, т.е. разница между  количествами азота, поступающего извне  и выводимого из организма за сутки. Сдвиги в обмене белков сопровождаются разнообразными клиническими проявлениями. Известны многочисленные аминоацидопатии – последствия нарушения промежуточного обмена аминокислот (фенинилаланина, лейцина, валина и др.).

В последние годы оксид  азота (NO) воспринимается как один из важнейших иммунотропных медиаторов. NO синтезируется из аминокислоты L-аргинина в присутствии фермента NO-синтетазы. Главным источником и местом образования NO в организме является эндотелий, общая масса которого в теле человека достигает 1,5 кг.

Функции оксида азота в  организме весьма многообразны. NO участвует  в поддержании системной и  локальной гемодинамики, способствует снижению повышенного тонуса гладкой  мускулатуры сосудов и обеспечивает поддержание нормального уровня артериального давления. NO выступает  в роли нейротрансмиттера в желудочно-кишечном тракте, мочевыводящей и половой системе, активируя цГМФ. При иммунном ответе NO является стимулятором фагоцитоза и киллинга внутриклеточных паразитов. При сепсисе, под влиянием цитокинов, происходит высвобождение NO в больших количествах, что способствует развитию септического шока. Оксид азота играет важнейшую роль медиатора, в патогенезе бронхиальной астмы, хронического гломерулонефрита, туберкулеза, рассеянного склероза, болезни Крона, различных опухолей, а также СПИДа.

Благодаря способности NO инактивировать Fe-содержащие ферменты, происходит гибель внутриклеточных микроорганизмов, жизнедеятельность которых зависит  от присутствия железа и других биоэлементов. Возможно, этот процесс происходит за счет комплексообразования оксида азота с металлами Fe, Co, Ni, Mn, Zn: [Me(NO)n] ^m+ . Очевидно, что эта функция NO является универсальной и отводит NO решающую роль в элиминации "стареющих" молекул цитохромов, каталазы, гемоглобина, а также в индукции апоптоза в клетках, где повышается уровень свободного, нехелированного железа.

Содержание азота в  организме взрослого человека составляет около 3% от массы тела. Азот поступает в организм с пищевыми продуктами, в состав которых входят белки и другие азотсодержащие вещества. Эти вещества расщепляются в желудочно-кишечном тракте и затем всасываются в виде аминокислот и низкомолекулярных пептидов, из которых организм строит собственные аминокислоты и белки. Вместе с тем, организм человека не способен синтезировать некоторые необходимые для жизни аминокислоты и получает их с пищей "в готовом виде".

Одним из конечных продуктов  метаболизма азота является аммиак (NH ₃ ). Из организма азот выводится вместе с мочой, калом, выдыхаемым воздухом, а также с потом, слюной и волосами. В моче азот содержится в основном в виде мочевины.

 

Применение азота

Азот широко используется в производстве минеральных (азотных) удобрений, в  металлургии и при металлообработке, в химической промышленности, при  производстве пластмасс, взрывчатых и  отравляющих веществ.

В медицине соединения азота применяют  в качестве наркотических (закись азота), мочегонных (хлорид аммония), антиангинальных (нитроглицерин), противоопухолевых (эмбихин), радиозащитных (меркамин) средств.

Метиламин, диметиламин, диэтиламин и другие представители алифатических аминов используются в синтезе лекарственных веществ. Анилин, метил- и диметиланилины также применяются при производстве лекарственных препаратов.

Огромное значение в функционировании ЦНС имеют физиологически активные вещества, относящиеся к биогенным  моноаминам – адреналин, норадреналин, дофамин. Адреналин, эфедрин, сиднокарб используются при падении кровяного давления, шоке, остановке сердца, в качестве средств, возбуждающих нервную систему.

Водный раствор аммиака (нашатырный спирт), широко используется как средство для возбуждения дыхательного центра, оказания первой помощи при угаре, мытья  рук перед операцией и т.д.

 

 

 

 

Биологическая роль кислорода

 

Кислород относится к элементам-органогенам. Его содержание составляет до 65% массы тела человека, то есть более 40 кг у взрослого. Кислород наиболее распространенный окислитель на Земле, в окружающей среде он представлен в двух формах – в виде соединений (земная кора и вода: оксиды, пероксиды, гидроксиды и т.д.) и в свободном виде (атмосфера).

 

Содержание кислорода в организме  взрослого человека составляет около 62% от общей массы тела (43 кг на 70 кг массы тела).

Кислород входит в состав молекул  множества веществ - от самых простых  до сложных полимеров; наличие в  организме и взаимодействие этих веществ обеспечивает существование  жизни. Являясь составной частью молекулы воды, кислород участвует  практически во всех биохимических  процессах, протекающих в организме.

Кислород незаменим, при его  недостатке эффективным средством  может быть только восстановление нормального  снабжения организма кислородом. Даже кратковременное (несколько минут) прекращение поступления кислорода  в организм может вызвать тяжелые  нарушения его функций и последующую  смерть.

Главной функцией молекулярного кислорода  в организме является окисление  различных соединений. Вместе с водородом  кислород образует воду, содержание которой  в организме взрослого человека в среднем составляет около 55-65%.

Кислород входит в состав белков, нуклеиновых кислот и других жизненно-необходимых  компонентов организма. Кислород необходим  для дыхания, окисления жиров, белков, углеводов, аминокислот, а также  для многих других биохимических  процессов.

Обычный путь поступления кислорода в организм лежит через легкие, где этот биоэлемент проникает в кровь, поглощается гемоглобином и образует легко диссоциирующее соединение – оксигемоглобин, а затем из крови поступает во все органы и ткани. Кислород поступает в организм также и в связанном состоянии, в виде воды. В тканях кислород расходуется преимущественно на окисление различных веществ в процессе их метаболизма. В дальнейшем почти весь кислород метаболизируется до диоксида углерода и воды, и выводится из организма через легкие и почки.

 

Применение кислорода

 

Соединения кислорода  широко используются в химической промышленности, в черной и цветной металлургии, при выплавке стали, при проведении сварочных работ, резке металлов.

В медицине кислород используют для ингаляций при затрудненном дыхании, состояниях кислородной недостаточности, отравлении угарным газом и цианидами.

В лечебных целях применяется  дозированное воздействие на организм кислорода под повышенным давлением (гипербарическая оксигенация), в результате чего улучшается гемодинамика и кислородное снабжение тканей. При сердечно-сосудистых заболеваниях, для улучшения обменных процессов, в желудок вводят кислородную пену ("кислородный коктейль").

Подкожное введение кислорода  используют при трофических язвах, слоновости, гангрене.

Для обеззараживания и  дезодорации воздуха и очистке  питьевой воды применяется искусственное  обогащение озоном.

Радиоактивный изотоп кислорода ¹⁵О применяется для исследований скорости кровотока, легочной вентиляции, обмена кислорода в миокарде и в головном мозге.

Атомы кислорода являются составной частью молекул множества  лекарственных средств.

 

 

 

Выводы

 

Проделанная работа позволяет сделать  вывод о том, что азоту и  кислороду принадлежит одна из главных  ролей среди многочисленных химических элементов. Кислород необходим живым существам. Попадая в организм во время дыхания, он принимает участие во многих химических реакциях. Азот также - жизненно важный элемент. Все основные части клеток тканей организма построены из белковых молекул, в состав которых входит азот. Также входит в состав аминокислот, нуклеиновых кислот, нуклеопротеидов, гемоглобина. 

 

 

Список использованной литературы

1. Некрасов Б.В., Основы общей химии, т. 1, М.: «Химия», 1973;

2. Химия: Справ. изд. / В. Шретер, К.-Х. Лаутеншлегер, Х. Бибрак и др.: Пер. с нем. 2-е изд., стереотип. — М.: Химия,

3. Ахметов Н.С., Общая и неорганическая химия. 5-е изд., испр. — М.: Высшая школа,

4. Гусакова Н.В., Химия окружающей среды. Серия «Высшее образование». Ростов-на-Дону: Феникс,

5. Исидоров В. А., Экологическая химия. СПб: Химиздат,

6. Трифонов Д.Н., Трифонов В.Д., Как были открыты химические элементы — М.: Просвещение, 1980

7. Справочник химика, 2-е изд., т. 1, М.: «Химия», 1966;

8. Гиляров М.С. Биологический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1983, 831 с.

9. Хоулт Дж. Краткий определитель бактерий Берги. М.: Мир, 1980, 496 с.