Сложные вещества и их биологическое значение

Среди сложных веществ, как правило, выделяют четыре основных класса: оксиды, кислоты, основания, соли. Эта классификация разработана выдающимися химиками XVIII-XIX веков А. Л. Лавуазье, М. В. Ломоносовым, И. Я. Берцелиусом, Дж. Дальтоном.

Оксиды - сложные бинарные соединения элементов с кислорода. Особенностями, которые обусловливают биологическое значение оксидов, являются: 1) кислород соединяется с неметаллами, образуя кислотные оксиды (СO 2 , SO 2 , SO 3 , N 2 O s , Р 2 O 5 и др.) Они молекулярное строение, ковалентные связи и, в большинстве, хорошо растворяются в воде, образуя биологически важные неорганические, или минеральные, кислоты 2) с металлами кислород образует основные оксиды 2 O, Na 2 O, MgO), которые являются ионными соединениями и в большинстве нерастворимые в воде эти оксиды способны реагировать с кислотами с образованием важных для живого солей; основные оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов с водой реагируют легко, образуя соответствующие основания; 3) из группы амфотерных оксидов, которые способны проявлять и кислотные, и основные свойства, наибольшее значение для организмов имеют оксид водорода и оксид железа III; 4) оксиды со связями между двумя атомами кислорода называются пероксидами; в живых системах важное значение имеет Н 2 O 2 , который является сильным окислителем и поэтому опасным для клеток. Он образуется как продукт реакций окисления и сразу же разлагается с участием специфических ферментов-каталаз.

Итак, оксиды неметаллов и металлов являются распространенными в составе биосистем, где выполняют определенные жизненно важные функции: 1) участвуют в образовании неорганических соединений живого (кислотные оксиды образуют кислоты, основные - образуют основы и соли) 2) является строительным материалом (например, из оксида кремния построены скелеты диатомовых водорослей, радиолярий) 3) являются ядовитыми соединениями (например, оксиды фосфора, серы, перекиси) 4) проявляют свойства растворителя (например, вода).

БИОЛОГИЯ + Особенно важным для живых организмов с углекислый газ. В живой природе СО. образуется в процессе дыхания организмов как конечный продукт окисления органических соединений, во время брожения и распада органических соединений, которые осуществляются при участии микроорганизмов, его выделяют растения в темноте. При нормальных условиях оксид углерода ( IV ) СО 2 находится в газообразном состоянии в форме молекул. Это бесцветный газ, не масс запаха, тяжелее воздуха и растворимый в воде. Диоксид углерода масс свойства, которые обусловливают его использования организмами для фотосинтеза и хемосинтеза, обеспечивающие образование органических веществ для автотрофных организмов. Он также с частью буферных систем, регулятором дыхания и тому подобное. В сельском хозяйстве углекислый газ используют в качестве удобрения. Недостаток его в воздухе, довольно часто наблюдается в условиях закрытого грунта, особенно при гидропонной культуре, снижает интенсивность фотосинтеза и урожай.

Кислоты . Кислотами называются соединения, содержащие в молекулах атомы водорода и кислотные остатки. Основными особенностями, которые обусловливают биологическое значение кислот, является то, что они: 1) обладают способностью при диссоциации образовывать анионы кислотных остатков и катионы водорода Н +, от концентрации которых зависят кислотность жидкостей внутренней среды, активность ферментов и тому подобное; 2) сильные кислоты (HNO 3 , НСl, H 2 SO 4 ) способны растворять практически все минеральные соединения литосферы; в результате этого растения могут получать фосфор, калий, кальций, которые находятся в почве в недоступном для них состоянии, а также нерастворимые продукты обмена, присоединяя остатки кислот, становятся растворимыми и могут удаляться из организма вместе с водой; 3) в слабых кислот (HNO 3 , Н 2 СO 3 , HCN, H 2 S) лишь небольшая часть молекул распадается полностью на ионы, и поэтому они входят в состав буферных систем, поддерживающих постоянное значение pH внутренней среды биосистем; 4) все неорганические кислоты хорошо растворимы в воде, за исключением нерастворимого кремниевой кислоты H 2 SiO 3 , которая в воде образует коллоидные растворы; поэтому в организме животных и человека кремниевые соединения повышают вязкость крови, усиливают сопротивляемость органов, активизируют фагоцитоз и др. Итак, минеральные кислоты в живой природе имеют большое значение, поскольку определяют pH среды, участвуют в образовании солей, обеспечивают минеральное питание растений, осуществляют защиту организма, активацию пищеварительных ферментов и др.

БИОЛОГИЯ + H 2 S в живой природе образуется микроорганизмами при разложении серосодержащих аминокислот и белков. Водный раствор сероводорода проявляет свойства слабой двухосновной кислоты. Это - сероводородная ( сульфидная ) кислота HS Она масс свойства, которые обусловливают Те использования организмами в качестве субстрата для окисления и получения химической энергии, акцептора водорода в анаэробных условиях для окисления органических соединений и др. Как кислота участвует в образовании солей, которые называются сульфидами. Такие соли, как железа сульфид, Натрия сульфид. Цинка сульфид с важным звеном биологического круговорота серы. Сероводород способен окисляться, что используется: И ) в процессе хемосинтеза автотрофным организмами. примером которых могут быть нитевидные сиркобактерии ( роды Beggiatoa, Thiolhrics ) ; 2 ) в процессе бактериального фотосинтеза автотрофным организмами, примером которых с пурпурные сиркобактерии ( роды Thiospirillum, Chromatium ) и зеленые сиркобактерии ( роды CMorobium, Chlorochromatium ) . Сероводород оказывает и очень сильные восстановительные свойства, используется гетеротрофными сульфатреду куя и микроорганизмами рода Desulfovibrio для окисления органических веществ в процессе сульфатного дыхания.

Основами называют соединения, в состав которых входят атом металла и гидроксильные группы. Особенностями, которые обусловливают биологическое значение основ, являются: 1) они обладают способностью связывать ионы водорода Н +, поэтому в биосистемах вместе с кислотами участвуют в регуляции кислотно-щелочного равновесия жидкостей внутренней среды; 2) растворимые в воде основания - щелочи способны образовывать при взаимодействии с кислотами кислые соли; это свойство организмы реализуют для образования гидрогенкарбонатнои и фосфатной буферных систем; 3) большинство оснований в воде нерастворимые, и поэтому их живые организмы образуют как конечные продукты окислительно-восстановительных реакций, которые должны быть удалены в окружающую среду; например, железобактериями из родов Leptothrix, Siderocapsa, Metallogenium окисляют органические соединения железа (II) с образованием гидроксида Fe (OH), который откладывается на поверхности клеток; 4) луга могут образовываться путем взаимодействия щелочных и щелочно-земельных металлов и их оксидов с водой, достаточно часто наблюдается в почвах; например, избыток кальция в почвах обусловливает их щелочные свойства благодаря образованию Са (ОН) 2 , определяющие существование определенных микроорганизмов и растений, которые называются алкалифильнимы (ацидофобнимы). Итак, основы выполняют в биосистемах такие важные функции, как регуляция pH среды, образования защитных образований, определяющих условия существования многих жителей почвы и т.

БИОЛОГИЯ + Аммиак в живой природе образуется как конечный продукт обмена белков в организме животных и грибов, при гниении и разложении органических остатков микроорганизмами благодаря связыванию молекулярного азота с водородом в процессе азотфиксации, к которой способны определенные бактерии и цианобактерии. Водный раствор аммиака проявляет свойства основания. Нитрин ( аммиак ) NH 3 с бесцветным газом с резким удушливым запахом, ядовит, легче воздуха и очень хорошо растворим в воде. Это вещество обладает наибольшей растворимостью всех газов, используется многими водными организмами для непосредственного выделения аммиака из организма в водную среду. Аммиак и его водные растворы легко реагируют с сильными кислотами, образуя соли аммония, которые поглощаются корнями растений из почвы и используются для синтеза азотвмисиих органических соединений. Разложения этих соединений с образованием аммиака осуществляется амонификуючимы бактериями ( рода Bacillus, Pseudomonas ) . Аммиак способен реагировать с СО 2 с образованием мочевины, что с одним из важных путей его обезвреживания как ядовитого для организмов вещества. Аммиак и аммонийные соединения способны к окислению с образованием азотной и азотистой кислот, используемый нитрифицирующих бактериями ( роды Nitrosomonas, Nitrobacter ) . Благодаря их деятельности в почве образуются нитриты и нитраты.

Минеральные соли. Соли можно рассматривать как продукты полного или частичного замещения атомов водорода в кислотах на атомы металлов. Эти сложные соединения при диссоциации распадаются на катионы металлов и анионы кислотных остатков, благодаря чему происходит поступление из среды существования в биосистем многих питательных элементов (трофическая функция солей). Наиболее распространенными реакциями солей является окислительно-восстановительные, благодаря которым живое вещество биосферы выполняет свою окисню- вально-восстановительную функцию. С помощью живых организмов в почве, воде и воздухе окисляются (например, железобактериями способны окиснюваты соли железа, сиркобактерии - соли серы) или восстанавливаются (например, денитрофикуючи бактерии восстанавливают нитраты и нитриты до молекулярного азота) определенные соединения (окиснювально- восстановительная функция солей). Характерными для солей является и реакции обмена с основами, кислотами, другими солями, которые происходят с образованием важных для выделения нерастворимых соединений. Например, образование гидроксида железа железобактериями (выделительная функция солей). Есть соли, содержащиеся в воде нерастворимые, используемый многими организмами для построения защитных и опорных образований. Например, раковины моллюсков, фораминифер, зубы позвоночных состоят из карбоната кальция, фосфата кальция, ракушки радиолярий - с сульфата стронция (строительная функция солей). С растворимых солей для организмов наибольшее значение имеют соли, образованные катионами натрия, калия, кальция, магния, железа и остатками соляной, серной, азотной кислот. Эти ионы, накапливаясь в клетках и внеклеточных жидкостях в различных концентрациях, обусловливают транспорт веществ через мембраны, осморегуляцию т. Кислые соли, которые образуются в реакциях между щелочами и кислотами, участвуют в формировании буферных систем. Соли способны к гидролизу с образованием раствора нейтральной, кислой или щелочной реакции. Это свойство имеет значение для грунтовых грибов, корневых систем растений, которые могут влиять на pH среды обитания.

БИОЛОГИЯ + Особого внимания в свя связи с избыточным содержанием в живом веществе, заслуживают нитраты - соли азотной кислоты, которые с сильными электролитами. Это термически неустойчивые, хорошо растворимые в воде соединения, которые могут накапливаться в корнеплодах и плодах растений. Сами нитраты не ядовиты, но в организме человека они превращаются в нитриты, которые взаимодействуют с гемоглобином крови. В результате двухвалентный Ферум гемоглобина стас трёхвалентным и вместо гемоглобина образуется метгемоглобин, который не способен транспортировать кислород. В организме нарушается тканевое дыхание, вследствие чего развивается болезнь - метгемоглобинемия, к которой особенно подвержены дети. Ее основные симптомы: появление темно или фиолетово синей окраски кожи и слизистых оболочек ( цианоз ) , снижение кровяного давления, легочная и сердечная недостаточность и др. Кроме этого, действие нитритов опасна для организма в свя связи с образованием в желудке по реакции с пищевыми аминами сильнейших канцерогенов - нитрозаминов. Удобрения на основе нитритов относятся к опасным типов полютаптив, для окисления которых необходим кислород. Поэтому такого типа отходы при сбросе в природные водоемы приводят к резкому увеличению расхода кислорода, накопление органических отложений, усиление роста водных растений, заболачивание водоемов. Принято говорить, что система подверглась эвтрофикации. Аэробные бактерии в таких водоемах уступают место анаэробным. В результате продукты реакций окисления - СО 2 , HNO 3 , H 3 РО 4 и т.д. заменяются на продукты восстановительных реакций - СН 4 , Н 2 S, NH 3 . Из воды исчезают фитопланктон, многоклеточные водоросли, рыбы и постепенно вода приобретает зловонного запаха.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >