Важнейшие неорганические вещества

Неорганическими называют вещества, в составе которых отсутствуют атомы углерода (кроме самого углерода, его оксидов, угольной кислоты, ее солей, родана, родановодорода, роданидов, циана, циановодорода, цианидов).

Важнейшим неорганическим веществом, входящим в состав живых организмов, является вода. Кроме воды организмы могут содержать и другие неорганические вещества – соли, кислоты, основания.

Вода – важнейшее неорганическое соединение, без которого невозможна жизнь на планете Земля. Это вещество является и важнейшей частью живого вещества, и играет большую роль как внешний фактор для всех живых существ.

Наличие водородных связей обусловливает высокую теплоемкость воды, что делает возможным жизнь на поверхности Земли, так как наличие воды способствует уменьшению перепада температур днем и ночью, а также зимой и летом, ведь при охлаждении вода конденсируется и тепло выделяется, а при нагревании вода испаряется, на разрыв водородных связей затрачивается энергия и поверхность Земли не перегревается.

Молекулы воды образуют водородные связи не только между собой, но и с молекулами других веществ (углеводов, белков, нуклеиновых кислот), что является одной из причин возникновения комплекса химических соединений, в результате образования которого и возможно существование особого вещества –живого вещества, образующего различные живые организмы.

Экологическая роль воды огромна и имеетдва аспекта: она является как внешним (первый аспект), так и внутренним (второй аспект) экологическим фактором. Как внешний экологический фактор вода входит в состав абиотических факторов (влажность, среда обитания, составная часть климата и микроклимата). Как внутренний фактор вода играет большую роль внутри клетки и внутри организма. Рассмотрим роль воды внутри клетки.

В клетке вода выполняет следующие функции:

1) среда, в которой располагаются все органоиды клетки;

2) растворитель как для неорганических, так и для органиче­ских веществ;

3) субстрат для протекания различных биохимических процессов;

4) катализатор для реакций обмена между неорганическими веществами;

5) реагент для процессов гидролиза, гидратации, фотолиза и т.д.;

6) создает определенное состояние клетки, например тургор, что делает клетку упругой и механически прочной;

7) выполняет строительную функцию, состоящую в том, что вода входит в состав различных клеточных структур, например мембран, и т.д.;

8) является одним из факторов, объединяющих все клеточные структуры в единое целое;

9) создает электрическую проводимость среды, переводя неорганические и органические соединения в растворенное состояние, вызывая электролитическую диссоциацию ионных и сильно полярных соединений.

В организме роль воды состоит в том, что она:

1) выполняет транспортную функцию, так как переводит вещества в растворимое состояние, а полученные растворы за счет различных сил (например, осмотического давления и др.) перемещаются от одного органа к другому;

2) осуществляет проводящую функцию за счет того, что в организме содержатся растворы электролитов, способные проводить электрохимические импульсы;

3) связывает воедино отдельные органы и системы органов за счет наличия в воде особых веществ (гормонов), осуществляя при этом гуморальную регуляцию;

4) является одним из веществ, которые регулируют температуру тела организма (вода в виде пота выделяется на поверхность тела, испаряется, за счет чего теплота поглощается и организм охлаждается);

5) входит в состав пищевых продуктов и т.д.

Из оксидов в организмах большое значение имеет углекислый газ (углекислота, оксид углерода (IV), диоксид (двуокись) углерода). Это вещество является одним из продуктов дыхания (для всех организмов). При растворении в воде (например, в цитоплазме, плазме крови и т.д.) углекислый газ образует угольную кислоту, которая при диссоциации распадается на ионы (НСО₃^–) и (CO₃^2–), образующие (совместно) карбонатную буферную систему, обеспечивая гомеостаз. Избыток СО₂ удаляется из организма в результате процессов, протекающих при дыхании (у всех организмов: и у растений, и у животных).

Важнейшими кислотами, содержащимися в живом веществе, являются угольная (Н₂СО₃), фосфорная (Н₃РO₄). Фосфорная кислота играет огромную роль в образовании АТФ и формировании костей.

Важна для организмов соляная кислота (HCl). Она содержится в желудочном соке или в растворах, которые способствуют перевариванию пищи (например, желудочный сок в желудке человека).

В живом веществе наибольшее значение имеют следующие положительные ионы металлов (катионы): К⁺, Са²⁺, Na⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Fе³⁺, Мп²⁺ и некоторые другие.

1. Катионы натрия (Na⁺). Совместно с ионами калия (К⁺) создают мембранное равновесие, при котором возникает разность биохимических потенциалов, что обеспечивает проводимость клеток (передачу нервного импульса) и тканей организма; участвуют в водном и ионном обмене организма в целом.

2. Катионы К ⁺. В организме человека влияют на биоритмы сердца. Ионы К⁺ входят в состав удобрений – калийных и существенно влияют на продуктивность сельскохозяйственных растений.

3. Катионы Са²⁺. Образует межклеточное вещество в растительных организмах. Участвуют в образовании важнейшей соединительной ткани – костной. Участвуют в реализации мышечных сокращений, играют большую роль в свертывании крови и в др. процессах.

4. Катионы Mg²⁺. Роль этих ионов аналогична (в ряде случаев) роли ионов Са²⁺ и они содержатся в организмах в определенных соотношениях. Кроме того, ионы Mg²⁺ входят в состав важнейшего фотосинтезирующего пигмента растений – хлорофилла, активизируют синтез ДНК и участвуют в реализации энергетического обмена.

5. Ионы Fe²⁺. Входят в состав важнейшего дыхательного пигмента – гемоглобина. Они входят в состав мышечного белка – миоглобина, принимают участие в синтезе хлорофилла.

6. Нитрат- и нитрит-ионы. Ионы, содержащие азот, играют большую роль в организмах растений, так как в своем составе содержат связанный азот и используются для синтеза белков и нуклеиновых кислот. При поступлении избытка этих ионов в организм растения они накапливаются в них и, попадая (в составе пищи) в организм человека и животных, могут вызывать нарушения в обмене веществ этих организмов («нитратное и нитритное отравление»). Это делает необходимым оптимальное использование азотных удобрений при их внесении в почву.