какую роль выполняет азот
Таблица Менделеева в живых организмах
Азот – биоэлемент, структурная единица органических соединений, участвует в построении организмов и обеспечении их жизнедеятельности. Входит в состав важнейших биополимеров: белков, нуклеиновых кислот (ДНК, РНК); некоторых витаминов и гормонов. В воздухе азота содержится 78% по объему и 75,5% по массе.
Роль в жизни бактерий, грибов и растений
Некоторые бактерии (родов псевдомонас, алкалигенес, бациллус и др.) восстанавливают окисленные соединения азота (нитраты, нитриты) до газообразных продуктов (обычно до N2, иногда до оксида азота (I) N2O, редко – оксида азота (II) NO). Денитрификация препятствует накоплению оксидов азота, которые в высоких концентрациях токсичны.
Растения поглощают азот из почвы в виде растворимых нитратов и солей аммония (NH4 + ). Соли транспортируются в стебли и листья, где в процессе биосинтеза очень быстро превращаются в аминокислоты и белки – неотъемлемую часть любого живого организма.
Азот составляет 0,3–4,5% от массы растения. Он усиливает рост стеблей и листьев. При недостатке азота замедляется рост растения, образование хлорофилла, листья приобретают бледно-зеленую окраску и преждевременно желтеют, стебли становятся тонкими и слабо ветвятся, вновь образующиеся листья мельчают, цветки, не раскрываясь, засыхают и опадают. При длительном азотном голодании бледно-зеленые листья приобретают желтый, оранжевый или красный оттенки.
Существуют растения-индикаторы, которые великолепно растут при повышенном содержании азота в почве. Это хорошо знакомые нам крапива, малина, чистотел, пырей ползучий.
Роль в жизни животных и человека
Животные и человек получают азот в виде белков и других азотсодержащих продуктов из растений и животных. В животном организме содержится 1–10% азота (по массе), в шерсти и рогах – около 15%.
Азот необходим для процессов обмена веществ. Все важнейшие части клеток (цитоплазма, ядро, оболочка и др.) построены из белковых молекул.
Белки – необходимая составная часть питания человека и животных. В желудочно-кишечном тракте они расщепляются и всасываются в виде аминокислот и низкомолекулярных пептидов, из которых организм строит свои собственные аминокислоты и белки. Некоторые необходимые для жизни аминокислоты (так называемые незаменимые аминокислоты: валин, лейцин, изолейцин, треонин, фенилаланин, триптофан, лизин, аргинин, гистидин, метионин) организм человека синтезировать не способен и получает их с пищей в «готовом» виде.
Физиологическая роль азота в организме связана прежде всего с белками и аминокислотами, их метаболизмом, участием в жизненно важных процессах. Аминокислоты являются исходными соединениями при биосинтезе гормонов, витаминов, пигментов и других веществ.
Из организма азот выводится вместе с мочой, калом, выдыхаемым воздухом, а также с потом, слюной и волосами.
Отсутствие или недостаток соединений азота в пище вызывает серьезные заболевания. Избыток их токсичен для живого организма.
Основные источники поступления в организм
Наиболее распространенные соединения
Знаете ли вы, что…
Азот открыт Д.Резерфордом в 1772 г.
NaNO3 – натриевая (чилийская),
KNO3 – калиевая (индийская),
Ca(NO3)2 – кальциевая (норвежская),
NH4NO3 – аммиачная.
В организме человека массой 70 кг содержится примерно 1,8 кг азота.
Содержание азота в крови составляет 3077 мг/л, в волосах – 140 000–157 000 мг/кг, а в ногтях – 146 000–148 000 мг/кг.
Суточное потребление азота с продуктами питания составляет 13–16 г.
Нашатырный спирт – 3–10% водный раствор аммиака – используется для возбуждения сердечной деятельности и центра дыхания. NH4Сl, хлорид аммония, – отхаркивающее средство. NH2Сl, моно-хлорамин, – дезинфицирующее средство. N2О оксид азота (I) в смеси c O2 кислородом применяется для газового наркоза. NaNO2, нитрит натрия, – спазмолитическое средство.
В состав белков всех живых организмов входят только 20 аминокислот, хотя в природе их известно около 180, причем 10 из них являются незаменимыми для человека и должны обязательно поступать в организм с животной и растительной пищей.
Химическая формула аминокислоты:
–R – радикал, по которому различаются все аминокислоты,
–N2H – основная аминогруппа,
–COOH – кислотная карбоксильная группа.
Углерод
Углерод – биоэлемент, структурная единица всех органических соединений, участвующих в построении организмов и обеспечении их жизнедеятельности, – белков, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот, витаминов, гормонов. Все живое, составляющее биосферу, построено из соединений углерода.
Роль в жизни растений
Углерод составляет в среднем 45% от массы растения: у водных растений его содержание доходит до 40%, у наземных – до 46%. В ряске, затягивающей стоячий пруд, 2,5% углерода (по массе), а в более высокоорганизованном колокольчике – 10,2% (по массе).
Углерод входит в состав углекислого газа атмосферы. В процессе фотосинтеза из углекислого газа, который растения поглощают из воздуха, и воды, под действием света образуются органические вещества – глюкоза, крахмал и др. По пищевым цепям готовые органические вещества передаются от растений животным. При окислении углеводов выделяется необходимая энергия.
Роль в жизни животных и человека
В организме животных и человека на углерод приходится около 21% по массе. В составе карбоната кальция (СаСО3) углерод образует наружный скелет многих беспозвоночных, содержится в кораллах, яичной скорлупе. Углерод составляет 2/3 массы мышц и 1/3 массы костной ткани.
Углеродсодержащие соединения – носители жизни: белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты, витамины и др. Углерод необходим для процессов обмена веществ. В процессе жизнедеятельности организмов происходит окислительный распад органических соединений с выделением во внешнюю среду углекислого газа СО2. Этот газ, растворенный в биологических жидкостях и природных водах, участвует в поддержании оптимальной для жизнедеятельности кислотности среды.
Наиболее распространенные соединения
Знаете ли вы, что…
История знакомства человечества с углеродом уходит далеко в глубь веков. Неизвестно, кто открыл углерод, неизвестно, какая из форм чистого углерода – графит или алмаз – была открыта раньше. Углерод – основная часть каменного угля (99%), бурого (72%), торфа (57%). Русское название происходит от слов – рождающий уголь, от лат. – карбонис (род. падеж карбо – древесный уголь).
В организме человека массой 70 кг содержится 15 кг углерода.
В 1 л крови человека содержится 25 000 мг углерода, а в 1 кг костной ткани – 280 000 мг.
В сутки в организм человека поступает вместе с воздухом около 3,7 г углерода, а с продуктами питания – около 300 г.
В медицине используются производные угольной кислоты H2CO3 и карбоновых кислот; карболен (активированный уголь) – для абсорбции газов и выведения из организма различных токсинов, графит (в виде мазей) – для лечения кожных заболеваний и др.
Древние деревья, папоротники, мхи превратились в топливо, содержащее углерод, – каменный уголь, торф.
Фосфор
Роль в жизни растений
Фосфор входит в состав важнейших веществ клеток: ДНК и РНК, фосфолипидов (сложных эфиров глицерина, жирных кислот и фосфорной кислоты), сахарофосфатов (фосфорных эфиров сахаров), участвующих в фотосинтезе; АТФ – универсального энергетического вещества клетки.
Фосфор составляет 0,1–0,7% от массы растения. Из почвы, где фосфора содержится 800 мг/кг, растения получают его в виде солей в процессе корневого питания. Мировой урожай ежегодно уносит с полей более 3 млн т фосфора.
Фосфор ускоряет созревание плодов и повышает хладостойкость растений. При его недостатке замедляется обмен веществ в клетках, образуются слабые корни, пурпурные листья, задерживается созревание, снижается урожайность, происходит накопление пигмента антоцианина. На фоне зеленой окраски хлорофилла красная и лиловая окраски придают листьям голубоватый оттенок, а при сильном преобладании пигмента они становятся лиловыми. Кроме того, все части растения, содержащие мало хлорофилла – стебли, черешки, жилки, нижняя поверхность листьев, – окрашиваются в красноватые и лиловые цвета.
Роль в жизни животных и человека
В организме животных фосфор составляет в среднем 0,95% по массе. В организме человека содержится около 4,5 кг фосфора, чаще всего в соединении с кальцием. Из этого количества около 4,4 кг приходится на кости, около 130 г на мышцы и 12 г – на нервы и мозг, много фосфора содержится в крови и молоке.
Фосфор входит в состав липидов, ДНК, РНК, АТФ. Почти все важнейшие физиологические процессы человека и животных связаны с превращением фосфорсодержащих веществ: построение клеточных мембран, образование костей, поглощение и перенос глюкозы, глицерола и жирных кислот, энергетический метаболизм, кислотно-щелочное равновесие.
Для организма человека фосфора необходимо почти вдвое больше, чем кальция, хотя кальций и фосфор – «неразлучные» минеральные вещества, они не могут друг без друга. Фосфор, так же как и кальций, является составной частью костной ткани. Зубная эмаль – это соединение фосфора, близкое по составу и кристаллическому строению важнейшему минералу фосфора – гидроксиапатиту Ca5ОН(PO4)3. Если нарушается баланс фосфора и кальция, организм для своего «выживания» вынужден брать кальций из «костного запаса»: зубов, ногтей, крупных суставов.
В активно работающих органах – печени, мышцах, мозге – наиболее интенсивно расходуется АТФ. Фосфорсодержащий фермент фосфорилаза катализирует реакции, связанные с использованием запасных углеводов и, следовательно, обеспечивает клетки энергией. В процессе окисления углеводов в ткани мозга важную роль играют дифосфопиридиннуклеотид и неорганический фосфат. Поэтому академик А.Е. Ферсман назвал фосфор «элементом жизни и мысли». Суточная потребность в фосфоре составляет 1,3 г. Из организма фосфор выводится с мочой и калом.
Основные источники поступления в организм
Наиболее распространенные соединения
Знаете ли вы, что…
Открыт фосфор в 1669 г. немецким алхимиком из Гамбурга Х.Брандом. При перегонке сухого остатка от выпаривания мочи Бранд заметил зеленоватое свечение, отсюда название элемента фосфорос – светящийся в темноте: от греч. фос – свет и форос – несущий.
В сутки с продуктами питания в организм человека поступает 1000–3000 мг фосфора.
Различные соединения фосфора входят в состав лекарственных препаратов для лечения заболеваний сердца, печени, желудка; фосфаты цинка используются как пломбировочный материал в стоматологии.
При изготовлении спичек массу, наносимую на спичечную головку, готовят из смеси красного фосфора Рn (состоит из полимерных молекул), горючих веществ, бертолетовой соли KClO3 и катализаторов (МnО2, Fе2О3).
Белый фосфор окисляется на воздухе, давая зеленое свечение в темноте. Он применяется в производстве фосфорной кислоты и красного фосфора, как реагент в органических синтезах, раскислитель сплавов, зажигательное средство. Белый фосфор чрезвычайно ядовит, опасная для жизни доза – более 50 мг.
Калий
Роль калия в жизни растений
Калия в растениях содержится в среднем 0,3 % по массе, причем, почти весь в ионной форме. Часть находится в клеточном соке, часть – в структурных элементах клетки (главным образом в протоплазме). В ядре ионы калия не обнаружены, значит, в процессах размножения и в передаче наследственных признаков калий не участвует. Роль калия в жизни растений велика и многообразна. Калий содержится в плодах, корнях, стеблях, листьях, причем в вегетативных органах его, как правило, больше, чем в плодах. В молодых растениях калия больше, чем в старых. Он активизирует синтез органических веществ в растительных клетках. Регулирует транспорт углерода в растении, в результате в ягодах и плодах при созревании увеличивается количество сахара. Хорошая обеспеченность растений калием усиливает рост корней, луковиц и клубней, повышает их зимостойкость. Он способствует поддержанию водного баланса растений, влияет на азотный обмен.
При недостатке калия в клетках накапливается избыток аммиака, что может привести к гибели растения, замедляется процесс фотосинтеза, дыхания и растяжения клеток, что вызывает гибель ростового кончика, нарушается окраска листьев (краевой ожог-запал) и даже их опадение. При недостатке калия плоды растений (фрукты) становятся менее сладкими, зерно у злаков – щуплое и невсхожее. Отсутствие калия приводит растение к гибели.
Роль в жизни животных и человека
натрия и закачивающего в нее ионы калия. Калий влияет на солевой и кислотный баланс крови, функционирование нервов и мышц (особенно сердечной), образование гликогена, синтез белков, способствуют выделению из организма воды.
В организме человека масой 70 кг содержится 140 г калия. Взрослый человек должен в сутки потреблять с пищей 2–3 мг на 1 кг веса, а ребенок 12–13 мг на 1 кг веса. Организм ребенка, как и молодое растение, требует больше калия, чем организм взрослого. Калий способствует выделению натрия и тем самым устраняет отеки, помогает при ревматизме, улучшает работу кишечника. Недостаток калия ведет к заболеваниям глаз, плохой памяти, пародонтозу. Выводится калий из организма с мочой, калом и потом.
Основные источники поступления в организм
Овощи: шпинат, огурцы, картофель, горох, соя, фасоль, морковь, лук, салат-латук, петрушка, спаржа, хрен, одуванчик, чеснок. Фрукты: черная смородина, чернослив, изюм и др. Мясо.
Наиболее распространенные соединения
Знаете ли вы, что…
Калий впервые получен английским химиком и физиком Г.Дэви при электролизе едкого калия КОН в 1807 г. Название получил от арабского алкали – «щелочь, зола».
Соли калия применяются в качестве мочегонных и слабительных средств.
Сердечникам, в первую очередь людям, перенесшим инфаркт миокарда, для восполнения потерь калия в организме настоятельно рекомендуют есть курагу, т.к. в 100 г кураги до 2 г калия.
Недостаток калия в почве восполняется калийными удобрениями: хлоридом калия (КСl), сульфатом калия (К2SО4) и золой растений.
Соли калия окрашивают пламя в фиолетовый цвет, и их используют в пиротехнических составах для фейерверков.
Азот и его влияние на человека
Азот (N) — седьмой химический элемент в Периодической системе Д.И. Менделеева. Является одним из самых распространенных химических элементов на нашей планете. Атмосфера Земли почти на 80% состоит из азота. По распространенности в Солнечной системе азот занимает 4 место.
В природе при нормальных условиях простой азот встречается в виде двухатомного газа без цвета и запаха. Химически азот довольно инертен, именно поэтому он сохранился в атмосфере. Тем не менее, при определенных условиях, например, при разрядах молний, простой азот может вступать в химические реакции. Некоторые микроорганизмы (азотфиксирующие бактерии) способны связывать атмосферный азот. Именно такими путями он и попадает в почву. Растения усваивают содержащиеся в почве соединения азота, и далее по пищевой цепи он попадает в организм человека и других животных.
В отличие от чистого азота, многие его соединения химически активны, а некоторые токсичны, например, азотная кислота, аммиак, синильная кислота, некоторые окиси азота и др.
Азот — элемент-органоген, без которого жизнь невозможна, поскольку в состав аминокислот, образующих белки, входит азот. Азот также входит в состав нуклеотидов — строительного материала ДНК, гормонов, нейромедиаторов, гемоглобина, большинства витаминов и других биологически активных и незаменимых для жизни веществ.
В организме человека азот составляет почти 2,5%.
Роль азота в организме человека
Как можно понять из сказанного выше, чистый азот сам по себе никакой биологической ценности не имеет, иначе живые организмы давным-давно полностью усвоили бы его из атмосферы. Биологической активностью обладают лишь соединения азота.
Прежде всего, азот входит в состав аминокислот, из которых затем образуются пептиды и белки.
Азот является составным элементом нуклеиновых кислот, которые соединяясь образуют ДНК и РНК. Поэтому в состав генетического аппарата клетки азот входит как неотъемлемый элемент.
В составе гемоглобина крови азот участвует в транспортировке кислорода во все участки тела.
Ряд гормонов (инсулин, адреналин, глюкагон, тироксин и другие) включает в свой состав аминокислоты, то есть без азота они не могли бы образоваться.
Азот входит в состав нейромедиатора ацетилхолина. С помощью этого вещества нервные клетки передают друг другу сигнал.
В последние десятилетия было проведено множество медицинских исследований, направленных на выявление роли оксида азота (II) на организм человека. В частности, было выявлено, что соединения, высвобождающие этот оксид азота, воздействуют на гладкую мускулатуру кровеносных сосудов, способствуя их расслаблению и расширению, что приводит к снижению кровяного давления. Именно такое действие оказывает всем известный нитроглицерин.
Источники азота
Как и подавляющее большинство других живых существ, человек не способен усваивать чистый азот. Поэтому в наш организм он поступает в связанном виде в составе растительных и животных белков, аминокислот, пуриновых соединений, нуклеотидов и т.д.
Нехватка азота
Дефицит чистого азота по понятным причинам исключен, поскольку он организму просто не нужен. Однако нехватка азотсодержащих веществ, например, белков и витаминов, явление весьма распространенное.
Причинами этого являются:
Последствия нехватки азота:
Избыток азота
Можно говорить только об избытке азотсодержащих веществ, а не азота.
Самыми опасными соединениями азота, которые обычно поступают в организм человека, являются нитраты и нитриты. Первые (нитраты) используют в качестве азотного удобрения, поэтому они содержатся в продуктах растительного происхождения. Вторые (нитриты) используются как консерванты. Красному цвету копченые мясные изделия обязаны нитриту натрия, без которого они приобрели бы естественный для приготовленного мяса серо-коричневый цвет.
У людей также встречается избыток белка, например, когда человек долгое время находится на белковой диете. В результате нарушается деятельность почек и печени, симптомами чего обычно бывают отеки, темные круги под глазами, неприятный запах изо рта, мутная моча; возникает отвращение к мясной пище; присутствуют многие признаки отравления (тошнота и рвота, слабость, расстройство умственной деятельности и т.п.).
Чтобы этого не случилось, необходимо соблюдать сбалансированную диету, то есть сочетать в своем рационе растительную и животную пищу, пить достаточное количество воды. При этом необходимо помнить, что взрослому человеку достаточно потреблять в сутки 60-100 г белка.
80% воздуха, которым мы дышим, состоит из азота. Несмотря на это, отравиться азотом, или азотистыми соединениями очень просто. Такие интоксикации являются опасными для человека и могут привести к летальному исходу. В этой статье мы рассмотрели отравление азотом, его причины и клинические проявления, а также способы оказания первой доврачебной помощи человеку с азотной интоксикацией.
Основные причины развития азотной интоксикации
Азот – это инертный газ, но в промышленности он также может использоваться в виде азотистых соединений и растворов. Наиболее частой причиной азотной интоксикации является нарушение правил безопасности при работе с этим химикатом.
Отравление азотом может происходить в ситуациях, перечисленных далее:
Обратите внимание, что пищевая добавка под названием Е942 является азотистым соединением, она вредна для человеческого организма. Не стоит покупать продукты, увидев ее в их составе.
Как влияет азот на организм
Чем выше концентрация азота и парционное давление во вдыхаемом воздухе, тем сильнее его токсическое действие. При случайном вдыхании воздуха с избытком азота (аварии на производствах, несоблюдение правил безопасности) он начинает действовать в организме как асфиксант, то есть проявляет удушающее действие. Вытесняя из организма кислород, он приводит к гипоксии и развитию дыхательной недостаточности.
Несмотря на то, что это вещество входит в состав воздуха, которым мы постоянно дышим, намеренно вдыхать его в чистом или концентрированном виде довольно опасно. Большинство людей не знают, чем опасен азот, и не придерживаются правил безопасности при работе с ним.
Азот оказывает следующее действие на организм человека:
Механизмы влияния азота на человеческий организм до сих пор полностью не изучены. Причины, по которым развивается состояние эйфории или наркоза, не известны ученым.
Газ имеет высокую способность растворяться в жирах, по этой причине его молекулы «налипают» на мембраны клеток, состоящие большей частью из липидов, и тем самым мешают жизненно важным процессам. Наиболее выраженное губительное действие он оказывает на нервную систему. Сначала блокируется работа тормозных нейронов мозга, чемобусловлено наркотическое действие газа – проявляется так называемое азотное опьянение.
Впоследствии развивается токсический эффект, при котором нарушается проводимость нервного импульса и в других типах нейронов. Также газ наносит вред дыхательным путям, снижая активность альвеол.
Тяжесть интоксикации напрямую зависит от концентрации кислорода во вдыхаемом воздухе. При случайном попадании азота в среду, где концентрация кислорода менее 6–7%, достаточно нескольких вдохов для того, чтобы до критического уровня упало парциальное давление кислорода в крови. При вдыхании же чистого азота человек моментально теряет сознание и может умереть в течение 3-4 минут пребывания в атмосфере с преобладанием инертного газа.
Симптомы отравления азотом
Азот – это газ, не имеющий ни цвета, ни запаха, поэтому очень трудно вовремя оценить риск отравления без специальных измерительных приборов. Ситуацию также усугубляет медленное развитие признаков интоксикации: человек поначалу может просто не замечать, как его организм теряет кислород, а отравление при этом происходит постепенно в течение довольно длительного времени.
Основные симптомы отравления азотом:
Летальный исход возможен при вдыхании чистого азота или при длительном нахождении в атмосфере, содержащей от 90% инертного газа.
Смерть чаще всего наступает в результате тяжелой дыхательной недостаточности или кислородного голодания мозга.
Первая помощь и лечение при поражении азотом
Жизнь пострадавшего зависит от быстроты действий окружающих, так как зачастую сам он не в состоянии помочь себе по причине развития азотного опьянения или обморока. Необходимо:
Дальнейшая помощь оказывается специалистами в условиях стационара и под мониторингом жизненных показателей. Действия направлены на снижение количества инертного газа в организме. Используют кислородную маску, внутривенно вводят глюкозу, при развитии отека легких – раствор хлорида кальция. Если нарушена сердечная деятельность, вкалывают подкожно 10% раствор кофеина и другие сосудистые средства. Важно помнить, что нельзя отказываться от врачебной помощи и госпитализации даже при легком отравлении азотом. При видимом благополучии в организме могут произойти нарушения, способные привести к серьезным последствиям.
Последствия и профилактика
Если помощь оказана своевременно, шансы избежать осложнений достаточно высоки. Однако тяжелая интоксикация может спровоцировать дальнейшее развитие у человека патологических состояний, к которым относятся:
В некоторых случаях требуется длительная симптоматическая терапия в условиях стационара. Чтобы предупредить отравление газом, необходимо не допускать нарушения техники безопасности при деятельности, связанной с ним. Работы с азотистыми удобрениями в обязательном порядке проводятся в средствах индивидуальной защиты.
Промышленные предприятия, на которых используются азотистые соединения, должны быть оснащены противогазами, а работники – обеспечены безопасными условиями труда.
Читайте также:
Влияние кофе на печень
Влияние пчелиного подмора на поджелудочную железу
Влияние пива на поджелудочную железу
Влияние алкоголя на печень и поджелудочную железу
Влияние антибиотиков на поджелудочную железу