Реферат хімія тіла - банк рефератів, творів, доповідей, курсових і дипломних робіт

Тверді елементи тіла людини включають три типи з'єднань - білки, вуглеводи і жири. Всі вони є органічними сполуками, т. Е. Містять атоми вуглецю, пов'язані між собою в ланцюжки або кільця. У природі вони знаходяться тільки в живих організмах. Білки є головними структурними компонентами клітин шкіри і м'язів. Вуглеводи і жири служать основними джерелами енергії. Прості неорганічні молекули в організмі включають в себе такі відомі сполуки, як хлорид натрію (звичайна сіль), фторид калію, що входить до складу зубної пасти, і хлористоводородную (соляну) кислоту.

Людському організму для своєї життєдіяльності необхідна енергія. Всю енергію ми отримуємо з їжею. При згорянні вугілля відбувається швидке з'єднання його з киснем і інтенсивне виділення енергії у формі тепла. В організмі паливо у вигляді їжі з'єднується з киснем повітря значно повільніше, і кількість виділеної енергії не достатньо для займання. Щоб досягти клітин, їжа повинна бути розщеплена на молекули, які здатні проходити через стінки кишечника, циркулювати з кров'ю і проникати через мембрани в клітини. В процесі травлення протікають біохімічні реакції, в результаті білки розщеплюються на амінокислоти, вуглеводи на цукру, а жири - на гліцерин і так звані жирні кислоти. Кисень в клітини переноситься з легких за допомогою червоних кров'яних тілець за допомогою железосодержащего пігменту - гемоглобіну.

Біохімічні реакції, що розщеплюють складні молекули на прості, називаються катаболическими. Реакції синтезу складних молекул, таких як жири, називаються анаболічними. Вони утворюють метаболізм - сукупність хімічних процесів в організмі.

З їжею ми отримуємо поживні речовини, які є сировиною для метаболізму. У клітці поживні речовини повільно з'єднуються з киснем і поступово вивільняють свою енергію. Грам білка або вуглеводу в кінцевому підсумку дає 4,1 кілокалорії енергії, жиру - 9,2 кілокалорій. В середньому підлітку необхідно близько 3300 кілокалорій в день, з яких 3000 йдуть на виділення тепла, а що залишилися 300 - на інші процеси життєдіяльності. Тепло, що поширюється по організму з кров'ю, витрачається на підтримання постійної температури тіла (близько 37 ° С).

Всі метаболічні реакції протікають за участю спеціальних білків - ферментів (ензимів). Існує більше 1000 різних ферментів, кожен з яких каталізує (прискорює) тільки певний тип реакцій. Наприклад, один фермент забезпечує розкладання вуглеводу сахарози (звичайний цукор) на глюкозу і фруктозу. Фермент не змінюється в процесі реакції і може використовуватися знову. В процесі травлення одна молекула ферменту забезпечує протікання реакції з частотою 100 000 раз в секунду. Ферменти працюють тільки за певних умов, одне з яких - температура близько 37 ° С. Деякі ферменти складаються не тільки з білків. Вони містять інші сполуки і називаються коферментами. Часто вітаміни, що містяться в їжі, діють як коферменти. Вітаміни необхідні для нормального росту і для протидії інфекціям, однак вони не виробляються всередині організму, а надходять ззовні.

Більшість клітинних хімічних реакцій протікають в декілька стадій, утворюючи так званий шлях метаболізму. Наприклад, реакція глюкози з киснем протікає приблизно в 30 етапів. В результаті виділяється енергія і утворюються вуглекислий газ і вода. Якби вся енергія вивільнилася відразу, то клітина перегрілася б і загинула. Тому в клітці енергія виділяється малими порціями і відразу використовується для освіти адренозін трифосфата (АТФ). Процес отримання енергії з поживних речовин називається катаболізом. Синтез білків або інших з'єднань з витратою клітини АТФ називається анаболизмом.

Під внутрішньоклітинних реакціях витрачається більше АТФ, ніж виробляється. Ось чому для поповнення запасів енергії ми змушені харчуватися. Найбільш важливі енергоспоживаючі реакції пов'язані з синтезом білків. Більшість білків необхідні для виробництва нових клітин. Наприклад, у клітин шкіри і крові тривалість життя становить всього кілька тижнів або місяців. Тому в клітці кожну хвилину синтезується близько 3500 білків.

Багато з складних клітинних реакцій, наприклад, синтез великих молекул жирів або білків, властиві тільки живим організмам. Незважаючи на сучасне устаткування і високий рівень знань, хіміки досі не в змозі синтезувати багато з цих сполук в лабораторних умовах.

Те, що клітина може забезпечити проведення складних синтетичних реакцій, тим дивніше, що в ній, здавалося б, для цього немає умов. Немає ні високих температур і тисків, ні сильнокислой або лужної середовища. Майже все, що потрібно клітці - це наявність каталізаторів-ферментів і енергія АТФ.

Синтез молекул білків значно складніше, ніж синтез жирів або вуглеводів. Молекула кожного білка складається з 22 типів амінокислот, які з'єднані один з одним в ланцюжки по типу «голова-хвіст» в різній послідовності. З 22 амінокислот тільки 14 утворюються в нашому організмі. Решта вісім він повинен отримати з певним типом їжі.

Молекула білка може складатися з декількох сотень молекул амінокислот. Так, молекула дихального білка крові (гемоглобіну) складається з 574 амінокислот.

Для синтезу багатьох тисяч різних білків з унікальною послідовністю амінокислот організму потрібно ще один тип біохімічних з'єднань - нуклеїнові кислоти. Двома основними їх типами є дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК) і рибонуклеїнова кислота (РНК). Кожна з цих кислот складається з довгого ланцюга молекул цукру з приєднаним нуклеотидом (кільцем з атомів вуглецю і азоту. ДНК існує у вигляді двох перекручених спіралей, з'єднаних між собою нуклеотидами. Вчені називають цю структуру подвійною спіраллю ДНК.

Послідовність трьох нуклеотидів в спіралі ДНК утворює спеціальний код, який визначає порядок, в якому амінокислоти з'єднуються один з одним при синтезі молекули білка. Він називається тріплетним кодом. Деякі амінокислоти кодуються більш ніж одним кодоном. Код ДНК визначає зовнішній вигляд, ріст і функції організму.

Людський організм - це жива самоврядна машина, яка в якості палива споживає високоенергетичні сполуки. Відомі як вуглеводи і жири, точно так же, як автомобіль використовує бензин.

Ми ж маємо свій організм вуглеводами і жирами, молекули яких включають вуглець, водень і кисень. Вуглеводи складаються з маленьких елементів, їх основою є складні кільця атомів вуглецю.

Найпростіші вуглеводи містять один або два таких елемента і відомі нам як цукру. Молекула одного з цукрів, глюкози, містить, наприклад, кільце з шести атомів вуглецю і, оскільки вона складається тільки з одного такого кільця з приєднаними до нього атомами вуглецю, водню і кисню, то називається моносахаридом або простим цукром. Молекула іншого моносахарида, фруктози, містить кільце з п'яти атомів вуглецю. З іншого боку, молекула сахарози складається з двох елементів - фруктози і глюкози, що разом утворюють дисахарид. Більш складні вуглеводи - полісахариди - включають багато елементів, які виростають в довгі ланцюжки.

Полісахариди практично нерозчинні в воді. Навпаки, моносахариди добре розчиняються у воді і легко циркулюють в організмі.

Глюкоза є найважливішим моносахаридом в організмі людини, так як це єдиний вуглець, що живить мозок. Вона також є основним джерелом енергії для м'язової активності. Глюкоза як моносахарид засвоюється нами з солодких фруктів (наприклад, винограду), але більша частина цього палива для організму утворюється при розщепленні крохмалю та інших цукрів.

Сахароза - джерело глюкози - міститься в різних продуктах. Багато її в цукровій тростині і цукровому буряці. Вона є формою цукру, який ми зазвичай використовуємо для додання солодощі напоїв або страв. Фруктоза зазвичай надходить в організм з фруктами. Дисахарид лактоза включає глюкозу і галактозу, він міститься в молоці. Інший дисахарид, мальтоза, складається з елементів глюкози і в великих кількостях знаходиться в пророслих зернах ячменю.

Тільки моносахариди можуть використовуватися організмом в своєму первісному вигляді. На відміну від них, дисахариди і полісахариди розщеплюються травними ферментами на моносахариди, які потім поглинаються організмом через стінки кишечника. Процес травлення вуглеводів починається вже в роті. Слина містить фермент амілазу, що розщеплює крохмаль до мальтози. Цей процес триває в кишечнику, де шлунковий сік, вироблений підшлунковою залозою, теж містить амілазу. Крім того, в шлунковому соку є всі ферменти, необхідні для повного травлення. Так, фермент мальтаза розщеплює мальтозу на глюкозу, а сахараза - сахарозу на глюкозу і фруктозу.

Моносахариди, що утворюються в процесі травлення, надходять через стінки шлунка в кровотік і переносяться до тканин, де вони розпадаються, виділяючи енергію. Частина її йде на підтримку температури тіла, а решта - на забезпечення процесів життєдіяльності.

Насправді цей процес включає в себе безліч різних хімічних стадій. У різні моменти енергія виділяється і потім зберігається у вигляді такого з'єднання, як аденозинтрифосфат (АТФ). Ця речовина утворюється при з'єднанні фосфатної групи з аденозиндифосфатом (АДФ). Потім АТФ передає енергію, необхідну для протікання хімічних реакцій в організмі. При цьому АТФ перетворюється знову в АДФ. Коли немає необхідності в негайному використанні енергії глюкози, вона може «передаватися на зберігання». У м'язах енергія АТФ зберігається у вигляді з'єднання креатинфосфат, яке може відтворювати АТФ у міру потреби. До того ж «зайва» глюкоза перетворюється в глікоген, що зберігається в печінці і м'язах для подальшого використання.

Вуглеводи в організмі виконують і інші функції. Вони є важливою складовою хрящів, кісток і сполучних тканин і діють як мастило в суглобах. Глікопротеїни виходять при з'єднанні білків і вуглеводів, утворюючи покриття слизової оболонки травного тракту, яке охороняє від руйнування травними ферментами.

Вуглеводи не є єдиним джерелом енергії, що використовується організмом. Частина необхідної енергії виділяється в процесі метаболізму білків, але значну частку забезпечують такі високоенергетичні сполуки, як жири, від яких більшість людей намагаються позбутися за допомогою дієти. Жири відносяться до групи з'єднань - ліпідів, що включає також фосфоліпіди, воски та стероїди.

Терміни, що вживаються нами жири перетравлюються в основному в тонкому кишечнику. Жовч з жовчного міхура розділяє їх на крихітні крапельки. Тобто грає роль емульгатора. Далі ці крапельки розщеплюються ферментом ліпазою на гліцерин і жирні кислоти, які, проходячи через стінки кишечника, знову об'єднуються в крапельки жиру і транспортуються лімфатичною системою до інших частин організму. Жири - надзвичайно важливе джерело енергії. Так, що містить шість атомів вуглецю жирна кислота дає більше енергії, ніж шестіуглеродний цукор.

Надлишок вуглеводів часто зберігається у вигляді жирів, які потім беруть участь в реакціях, що виділяють енергію з вуглеводів. Розумне споживання жирів забезпечує здоровий організм енергією, але всі їхні надлишки накопичуються в організмі і, як то кажуть, видно неозброєним оком.

Білки відіграють першорядну роль в життєдіяльності всіх організмів, від найпростіших до людини, беру участь в їх будову, розвиток та обмін речовин. Вони є основою шкіри, вовни, шовку та інших натуральних матеріалів, а також найважливішим компонентом їжі людини і корму тварин.

Всі тварини і рослини складаються головним чином з білка, хоча кожен вид має свій унікальний набір. Людські білки притаманні тільки людям, що відрізняє нас від інших форм життя.

Білки - складні хімічні сполуки, що складаються з однієї або декількох ланцюжків амінокислот, які, подібно до всіх хімічних сполук, будуються з атомів. У них поряд з таким життєво важливим елементом, як азот, містяться атоми вуглецю, кисню і водню.

Загальна хімічна формула амінокислоти RCH (NH2) COOH, де R - це група атомів, звана радикалом. Найпростіший радикал складається з одного атома водню і утворює амінокислоту гліцин. Наступною амінокислотою є аланін, в якому радикал включає один атом вуглецю, з'єднаний з трьома атомами водню.

Більш складні амінокислоти містять радикали з великою кількістю атомів вуглецю і водню. У природі відомо більше 80 амінокислот, але тільки 20 з них зазвичай входять до складу білків. Деякі з необхідних людині амінокислот для синтезу білків виробляється самим організмом з інших амінокислот. Однак існують незамінні амінокислоти, які організмом не виробляються і повинні тому надходити з їжею.

Для синтезу білків амінокислоти повинні хімічно з'єднуватися. Зв'язок між суміжними амінокислотами називається пептидного. Коли таким чином з'єднуються дві амінокислоти, утворюється дипептид. Кілька з'єднаних амінокислот утворюють поліпептидний ланцюжок. Поліпептидні ланцюжка більшості білків містять мінімум 100 амінокислот, і їх молярний вага. Розрахований як сума ваги всіх атомів в молекулі, може в 120 разів перевищувати молекулярна вага молекули цукру.

Поліпептидна ланцюжок є первинною структурою білка. Потім все білки зазнають змін, утворюючи вторинну структуру. В окремих випадках паралельні поліпептидні ланцюжки з'єднуються за допомогою водневих зв'язків. Але частіше білкові ланцюжки завиваються в спіраль. В цьому випадку спіраль також утримується слабкими водневими зв'язками, які легко руйнуються при зміні температури або кислотності. Тоді молекула розкручується. Білки зазвичай коагулюють або денатуруються. Наприклад, яєчний альбумін при нагріванні стає білим осадом. Деякі білки денатуруються під впливом хімічних реагентів або радіаційного випромінювання.

Білки, які мають таку відносно просту структуру. Відомі як фіброзні. Однак існують і інші, в яких вторинна структура самостійно викривляється складним чином з утворенням третинної структури. Ці складні білки часто називають глобулярними.

І, нарешті, існують білки, в яких кілька поліпептидних ланцюжків з'єднуються з утворенням четвертинної структури, де часто присутні інші компоненти. Наприклад, глікопротеїни, також відомі як мукопротеіни, містять молекули цукру. Молекула пігменту крові гемоглобіну містить чотири поліпептидних ланцюжки, кожна з яких включає залізовмісних групу гем.

Ми отримуємо необхідні нам амінокислоти з їжею. Однак більшість з них надходить в організм у вигляді білків. Які необхідно розділити на складові їх амінокислоти.

Перетравлення білків починається в шлунку, де за допомогою ферменту пепсину руйнуються пептидні зв'язку і білки розщеплюються на менші поліпептидні ланцюжки. Цей процес триває в тонкому кишечнику, де ферменти трипсин і ерепсін повністю розщеплюють білки на амінокислоти.

Після цього амінокислоти всмоктуються стінками тонкого кишечника і надходять в кров. У міру необхідності в клітинах з них синтезуються нові білки. Решта амінокислоти не зберігаються в організмі, а руйнуються в печінці в процесі, який називається дезаминированием. Що міститься в них азот виділяється у вигляді аміаку, який потім перетворюється в сечовину і доставляється кров'ю в нирки для подальшого виділення з організму.

Білки виконують в організмі безліч функцій. Ферменти - біологічні каталізатори, що забезпечують протікання всіх важливих хімічних реакцій, - є білками. Більшість гормонів - хімічних індикаторів, які допомагають координувати діяльність організму, - теж білки.

Іншим життєво важливим білком є ​​колаген. Це волокнисті сполучні тканини між кістками, хрящами, м'язами, шкірою і зв'язками. Мукопротеіни виконують в організмі функцію мастила, забезпечуючи вільний рух суглобів і ковтання їжі.

Антитіла, відомі як імуноглобуліни, - це білки, які захищають організм від хвороб. Зазвичай вони утворюються в лімфатичних тканинах у відповідь на присутність антигенів, таких як отрута або хвороботворні бактерії.

Вітаміни - це складні органічні сполуки, необхідні для життєдіяльності організму, які він сам практично не синтезує.

Вітаміни беруть участь в біохімічних і фізіологічних процесах організму - обмін речовин. Багато з них набувають активність при взаємодії з ферментами - хімічними каталізаторами організму. Вони контролюють швидкість протікання в клітинах реакцій розщеплення поживних речовин.