На чем работает организм человека? Соединения: органика и неорганика

И снова, здравствуйте! В эту пятницу нас ждет завершающая статья цикла "Подтяни матчасть". И тема к рассмотрению - на чем работает тело человека. По прочтении вы узнаете, каким образом и за счет чего поддерживается наша жизнедеятельность, откуда мы берем энергию для повседневной активности.

Итак, рассаживайтесь поудобней, будет интересно (но это не точно).

На чем работает организм человека, что выступает в роли "бензина"

Для тех, кто к нам только что присоединился, напомним, что ранее мы раскрыли большинство вопросов данного цикла. Мы узнали [что нужно человеку для жизни], [про гомеостаз],  [химический уровень нашей организации] и другие – всего 7 статей. Изучите их, чтобы лучше погрузиться в тему. Мы же идем далее и  закрываем последний вопрос цикла - на чем работает тело человека. Собственно, к сути.

Примечание:
Для лучшего усвоения материала все дальнейшее повествование будет разбито на подглавы

Неорганические соединения, необходимые для функционирования человека

Что у вас было в школе по химии? Даже если троечка, то про органические и неорганические соединения слышали точно. Напомним основное:

• Неорганические соединения - простые вещества, которые не содержат ни углерода, ни углеродсодержащих соединений. Очень многие неорганические соединения содержат атомы водорода (вода H2O, соляная кислота HCl). Другие неорганических соединения могут содержать атомы углерода. Двуокись углерода (CO2) является одним из немногих примеров;
• Органические соединения - простые вещества, которые содержат и углерод, и водород. Органические соединения синтезируются через ковалентные связи в живых организмах.

Далее последовательно рассмотрим три группы неорганических соединений, необходимых для жизни: вода, соли, кислоты и основания.

№1. Вода

70% массы тела взрослого человека составляет вода. Она является основным компонентом многих смазочных жидкостей организма. В синовиальной жидкости смазывает места соединения суставов, в плевральной помогает легким расширяться и восстанавливаться при дыхании. Водянистые жидкости помогают поддерживать пищеварительный тракт и обеспечивают свободное движение соседних органов брюшной полости. Вода также защищает клетки и органы от физических травм, например, смягчает воздействие на мозг извне, защищает нервную ткань глаз.

Вода действует как теплоотвод. В организме она поглощает тепло, вырабатываемое химическими реакциями, без значительного повышения температуры. Кроме того, когда температура окружающей среды повышается, вода внутри тела помогает сохранять его холодным.

Вода, безусловно, является наиболее распространенным растворителем в организме. Все химические реакции организма происходят в водных растворах. Поскольку молекулы воды являются полярными, с областями положительного и отрицательного электрического заряда, вода легко растворяет ионные соединения и полярные ковалентные соединения. Такие соединения называются гидрофильными, а неполярные молекулы, которые тяжело растворяются в воде, называются гидрофобными.

№2. Соли

Соли получаются, когда ионы образуют ионные связи. В этих реакциях один атом отдает один или несколько электронов, становясь положительно заряженным. Другой принимает один или несколько электронов и становится отрицательно заряженным. Таким образом, соль - это вещество, которое при растворении в воде диссоциирует на ионы, отличные от H + или OH–.

Типичная соль NaCl полностью диссоциирует в воде. Положительные и отрицательные области молекулы воды притягивают отрицательный хлорид и положительные ионы натрия, оттягивая их друг от друга. В то время как неполярные и полярные ковалентно связанные соединения распадаются на молекулы в растворе, соли диссоциируют на ионы. Эти ионы являются электролитами, они способны проводить электрический ток в растворе. Это свойство имеет решающее значение в передаче нервных импульсов и работе мышц. Соли  важны для организма. Например, соли желчи, вырабатываемые печенью, помогают расщеплять пищевые жиры, а соли фосфата кальция образуют минеральную часть зубов и костей.

№3. Кислоты и основания

Кислоты и основания, подобно солям, диссоциируют в воде и могут очень сильно изменить свойства растворов, в которых они растворены. Кислота - это вещество, которое выделяет в раствор ионы водорода (Н+). Сильные кислоты - это соединения, которые выделяют весь свой H+ в растворе, они полностью ионизируются. Соляная кислота (HCl), которая выделяется из клеток в слизистой оболочке желудка, является сильной кислотой, поскольку она выделяет весь свой H+ в водянистой среде желудка. Эта сильная кислота способствует пищеварению и убивает микробов. Слабые кислоты не полностью ионизируются, некоторые их гидрионы остаются связанными в соединении в растворе. Примером слабой кислоты является уксус или уксусная кислота.

Основание - это вещество, которое выделяет гидроксильные ионы (ОН–) в растворе или принимает Н+, уже присутствующее в растворе. Сильные основания высвобождают большинство или все  гидроксильные ионы. Слабые основания высвобождают только некоторые гидроксильные ионы или поглощают лишь несколько Н+. Пища, смешанная с соляной кислотой из желудка, сожгла бы тонкую кишку, если бы не выброс бикарбоната (HCO3–) - слабого основания, которое привлекает H +. Бикарбонат принимает некоторые протоны Н +, тем самым снижая кислотность раствора.

Здесь нельзя не сказать про pH - относительную кислотность или щелочность раствора. Раствор с рН7 считается нейтральным - ни кислым, ни основным. Чистая вода имеет рН7. Чем ниже число 7, тем больше концентрация Н+, тем более кислый раствор. Чем выше число 7, тем ниже концентрация Н+, тем более щелочной раствор.

Примечание:

Человеческая моча в 10 раз кислее чистой воды, а HCl в 10.000.000 раз кислее воды

рН человеческой крови обычно колеблется от 7,35 до 7,45 (в среднем 7,4). Гомеостатические механизмы обычно поддерживают pH крови в этом узком диапазоне. Это очень важно, потому что колебания - либо слишком кислые, либо слишком щелочные - могут привести к опасным для жизни расстройствам. Все клетки организма зависят от гомеостатической регуляции кислотно-щелочного баланса при рН примерно 7,4. Таким образом, организм имеет несколько механизмов для этого регулирования, включая дыхание, выведение химических веществ из мочи и внутренний выброс химических веществ, которые в совокупности называются буферами, в жидкости организма.

Чрезмерная кислотность крови и других жидкостей организма называется ацидоз. Например, при тяжелой диарее из организма выводится слишком много бикарбоната, это позволяет кислотам накапливаться в жидкостях организма. У людей с плохо управляемым диабетом (неэффективная регуляция уровня сахара в крови) кислоты, называемые кетонами, образуются в качестве топлива для организма. Они могут накапливаться в крови, вызывая серьезное состояние, называемое диабетическим кетоацидозом.

Алкалоз - состояние, при котором кровь и другие жидкости организма являются слишком щелочными. Заболевание легких, передозировка аспирина, шок и обычная тревожность могут вызвать респираторный алкалоз, который снижает нормальную концентрацию H+. Поэтому организму важно поддерживать рН в узком коридоре. Тяжелые веса, неправильное питание, высокий уровень гормона кортизол – все это негативно отражается на состоянии крови. По неорганике всё, переходим к…