Значение углерода для человека

Значение углерода для человека

Физиологическая роль кислорода

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

Вместе с водородом кислород образует молекулу воды, 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 углерода диоксида и воды, и выводится из организма через легкие и почки.

Физиологическая роль углерода

В организм человека углерод поступает с пищей (около 300 г в сутки). Общее содержание углерода достигает около 21% (15 кг на 70 кг общей массы тела). Углерод составляет 2/3 массы мышц и 1/3 массы костной ткани. Выводится из организма преимущественно с выдыхаемым воздухом (углекислый газ) и мочой (мочевина).

В биомолекулах углерод образует полимерные цепи и прочно соединяется с водородом, кислородом, азотом и другими элементами. Физиологическая роль углерода определяется тем, что этот элемент входит в состав всех органических соединений и принимает участие практически во всех биохимических процессах в организме. Окисление соединений углерода под действием кислорода приводит к образованию воды и углекислого газа; этот процесс служит для организма источником энергии. Двуокись углерода СО2 (углекислый газ) образуется в процессе обмена веществ и является стимулятором дыхательного центра, играет важную роль в регуляции дыхания и кровообращения.

В свободном виде углерод не токсичен, но многие его соединения обладают значительной токсичностью: окись углерода СО (угарный газ), четыреххлористый углерод СС14, сероуглерод CS2, соли цианистой кислоты HCN, бензол С6Н6 и ряд других. Углекислый газ в концентрации свыше 10% вызывает ацидоз (снижение рН крови), одышку и паралич дыхательного центра.

Длительное вдыхание каменноугольной пыли может привести к антракозу — заболеванию, которое сопровождается отложением угольной пыли в ткани легких и лимфатических узлах, склеротическими изменениями легочной ткани. Токсическое действие углеводородов и других соединений нефти у рабочих, занятых в нефтедобывающей промышленности может проявиться в огрубении кожи, появлении трещин и язв, развитии хронических дерматитов.

Физиологическая роль азота

Азот необходим всем живым организмам для синтеза азотсо­держащих строительных блоков — аминокислот и азотистых оснований, из которых образуются белки и нуклеиновые кислоты. Сине-зеленые водоросли усваивают газообразный азот из атмосферного воздуха. Растения добывают азот из почвы, в виде растворимых нитратов и соединений аммиака.

Схема обмена азота в организме человека представлена на рисунке.

Содержание азота в организме взрослого человека составляет около 3% от массы тела (2,1 кг на 70 кг 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».

Читайте также:  Какое оливковое масло без запаха

Азот (в виде аминогруппы -NH2) входит в состав различных биолигандов, играющих огромную роль в процессах жизнедеятельности (аминокислоты, биогенные амины, нуклеотиды, нуклеиновые кислоты). Одним из конечных продуктов метаболизма этих веществ является аммиак МНз- 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.

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.

Обмен азота в организме человека

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.).

Имеются джанные и о биорегулирующей роли азота в организме.

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 цикло-ГМФ. При иммунном ответе NO является стимулятором фагоцитоза и уничтожения 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.

NO участвует в деструкции и метаболизме ферментов, содержащих железо, кобальт, марганец, цинк. Именно благодаря способности NO инактивировать Fe-содержащие ферменты происходит гибель внутриклеточных микроорганизмов, жизнедеятельность которых зависит от присутствия железа и других биоэлементов. Очевидно, что эта функция NO является универсальной и отводит NO решающую роль в удалении «стареющих» молекул цитохромов, каталазы, гемоглобина, а также в индукции апоптоза в клетках, где повышается уровень свободного железа.

Права на статью принадлежат ООО "Электронная Медицина".

Углерод является элементом-органогеном.
Его содержание в организме составляет 18% от общего веса, то есть более 12 кг для взрослого.
Атомы углерода являются структурной основой всех органических соединений, образуя бесконечное множество различных веществ (известно несколько миллионов органических соединений). Органические соединения углерода являются одним из основополагающих факторов жизни на Земле.

Биологическая роль углерода

Как и другие элементы-органогены, углерод в виде отдельного элемента не обладает биологическим значением, — биологической ролью обладают его соединения.

  • из различных соединений углерода (белки, жиры, углеводы, нуклеотиды, гормоны, амино- и карбоновые кислоты и др.) состоят все ткани организма
  • является структурным компонентом всех органических соединений
  • его соединения участвуют во всех биохимических процессах
  • при окислении соединений углерода образуется необходимая для организма энергия
  • оксид углерода (IV) CO2, образующаяся в результате окисления соединений углерода, стимулирует дыхательный центр, регулирует значение рН крови
Читайте также:  Известные гимнасты россии мужчины

Пищевые источники углерода

Углерод находится во всех пищевых продуктах в виде соответствующих органических соединений. Человеческий организм не способен усваивать неорганические соединения углерода.

Дефицит углерода

Избыток углерода

Не наблюдается. Возможны отравления токсичными соединениями оксид углерода (II), четыреххлористый углерод, сероуглерод, соли цианистой кислоты, бензол и другие.

Соединения углерода являются основой растительных и животных организмов. Также он входит в состав веществ, имеющих неживотное происхождение — угля, нефти, природных газов, а также многих минералов, например, мела, мрамора, известняка.

Углерод образует четыре простых вещества – алмаз, графит, карбины и фуллерены, которые резко отличаются между собой по своим свойствам.

Алмаз является бесцветным кристаллом и самым твердым из минералов. Он имеет высокий коэффициент преломления и обладает свойствами диэлектрика. Благодаря этим свойствам алмаз широко применяется в промышленности.

Графит встречается в природе гораздо чаще, чем алмаз. Графит – это такая форма углерода, в которой каждый атом углерода связан с тремя соседями, образуя плоскую сетку. В результате он имеет слоистую структуру, причем связь между слоями осуществляется в основном за счет относительно слабых межмолекулярных сил. Все это определяет свойства графита – он мягок, легко расслаивается, хорошо проводит тепло, имеет серый цвет и металлический блеск, заметно электропроводен. Сажа, древесный уголь и другие угли, получаемые из органического и неорганического сырья, представляют собой мелкокристаллический графит, так что обычно термином «углерод» обозначают именно графит той или иной степени дисперсности. При стандартных условиях графит весьма инертен, но значительно более активен, чем алмаз. Он не реагирует с кислородом, водородом, галогенами. На него не действуют растворы кислот и щелочей. При нагревании графит сгорает в кислороде или на воздухе с образованием СО2. С другими неметаллами, кроме фтора и серы, он непосредственно не реагирует. Взаимодействие с металлами возможно только при высоких (1000-2000 ° С) температурах, а с водородом – еще и при высоких давлениях. Низкая реакционная способность графита позволяет использовать его как материал для тиглей, электродов, как замедлитель нейтронов в ядерных реакторах.

Резкое различие в свойствах алмаза и графита обусловлено различным строением их кристаллов.

Третья форма существования углерода – карбин – черный мелкокристаллический порошок, имеющий полупроводниковые свойства. Карбины более активны, чем графит.

Четвертая форма – фуллерены. В них атомы углерода связаны многоцентровыми связями. При этом образуются правильные многогранники, в вершинах которых располагаются атомы. Наиболее характерны системы, содержащие 60 или 70 атомов, представляющие собой практически сферические частицы.

Наиболее известны два оксида углерода.

Оксид углерода СО – монооксид, угарный газ. При нормальных условиях не имеет цвета и запаха. Достаточно инертен при нормальных условиях. Он практически не растворяется в воде и с ней не реагирует. Молекула СО имеет самую высокую энергию связи среди двухатомных молекул, состоящих из разных атомов. Несмотря на высокую прочность СО легко сгорает, образуя СО2. Реакция протекает самопроизвольно с выделением большого количества тепла.

Оксид углерода СО2 – диоксид углерода, углекислый газ – получается при сгорании любых углеродсодержащих веществ в присутствии воздуха. Является продуктом дыхания живых существ. Диоксид углерода проявляет отчетливые кислотные свойства. Он легко реагирует со щелочами и основными оксидами, образуя соли угольной кислоты – карбонаты. Диоксид углерода плохо растворим в воде.

Читайте также:  Продукты без клетчатки таблица

В природе углерод сосредоточен в карбонатных породах – известняках (СаСО3), образующих громадные залежи, и некоторых других карбонатах (MgСО3). Количество соединений углерода столь велико, что для их описания потребовалось выделить самостоятельное направление в химии – органическую химию. Число известных органических соединений углерода превышает 10 миллионов, тогда как число соединений всех остальных элементов составляет примерно 120 тысяч.

Содержание в человеческом организме

(вернуться к оглавлению)

Так как углерод является основой всех соединений органической химии, то в человеческом организме он присутствует повсеместно. Он входит в состав аминокислот, составных частей белков, представляющих основу жизнедеятельности. Помимо этого, углерод является компонентом жиров и углеводов, веществ, обеспечивающих процесс жизнедеятельности живых организмов.

Содержание в человеческом организме в процентном отношении к массе тела составляет 21 % от массы тела. Из них костная ткань – 36 %, мышечная ткань – 67 %.

Биологическая роль

(вернуться к оглавлению)

Как уже было сказано выше, углерод является основной составляющей всех органических форм жизни. Он входит в состав белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот, гормонов, ферментов, витаминов, то есть можно сказать, что углерод в той или иной степени важен для всех органов и систем живого организма, и всех, протекающих в них процессов, поддерживающих его жизнедеятельности.

Углекислота (СО2), содержащаяся в крови, возбуждает дыхательный центр, расширяет мозговые сосуды, повышает возбудимость сердечной мышцы. Гидрокарбонаты калия (KHСО3) и натрия (NaHCO3) входят в состав буферных систем крови и тканей, поддерживающих рН организма. Уксусная кислота (СH3COОН) принимает участие в синтезе холестерина.

Источники

(вернуться к оглавлению)

Основным источником углерода является пища, состоящая все из тех же углеродсодержащих веществ – белков, жиров, углеводов и других. При попадании в организм эти вещества под действие пищеварительной системы распадаются до мономеров, которые в дальнейшем используются нашим организмом для собственных нужд. В основе этого процесса лежат соединения, в состав которых входит углерод.

Суточная потребность

(вернуться к оглавлению)

Суточная потребность углерода не нормируется, но существуют нормы потребления вышеперечисленных органических веществ с пищей, в состав которых входит углерод.

Недостаток и избыток

(вернуться к оглавлению)

Вряд ли, представляется возможным оценить, как на организм влияет недостаток углерода, поскольку он входит в состав почти всех необходимых человеку веществ. Поэтому можно оценивать влияние нехватки лишь конкретных его соединений. То же относится и к избытку углерода. Например, при избытке углекислого газа СО2 в окружающей атмосфере наступает кислородное голодание.

Токсичность

(вернуться к оглавлению)

Свободный углерод в виде сажи токсичен для человека. Длительный контакт с сажей или угольной пылью вызывает рак. Мельчайшая пыль угля вызывает изменение структуры легких, и как следствие нарушение их функций.

Крайне токсичным является угарный газ СО. Его предельно допустимая концентрация составляет 3 мг/м 3 . Отравляющее действие этого вещества вызвано тем, что СО связывается с гемоглобином крови почти в 1000 раз легче, чем кислород. В результате чего препятствует связыванию гемоглобина и кислорода, что приводит к быстро развивающемуся кислородному голоданию, удушью и, как следствию, смерти.

Ссылка на основную публикацию
Зачем пить яблочный уксус по утрам
Конечно же, вы их видели — целые списки, рекламирующие удивительную целебную силу яблочного уксуса при огромном количестве заболеваний. "ЯУ" (как...
Замотивирован как пишется
Правильно слово пишется: мотиви́рованный Ударение падает на 3-й слог с буквой и. Всего в слове 14 букв, 6 гласных, 8...
Засветы по аветисову
Плеоптика - система методов, направленная на лечение амблиопии. Основные методы плеоптики: пенализация, прямая окклюзия, локальный засвет макулы по Аветисову, метод...
Знаменитые танцоры ссср
Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте. Время от...
Adblock detector