Биологическое значение кислорода в клетке. Биологическая роль. Кислород — необходимый компонент для обеспечения человека энергией жизни

Продолжение

В начале этой статьи речь идет о том, что столь страшное для многих людей слово «химия» в применении к пищевым продуктам, присутствует везде. Кальций, кислород, магний, железо и другие, жизненно важные для организма человека, вещества - это все есть химия. Важно только знать, чего и сколько человеку требуется для поддержания молодости и здоровья. В продолжении этой статьи - описание свойств и важности для организма человека тех или иных химических веществ.

Роль кислорода для организма человека

Кислород - это восьмой элемент таблицы химических элементов Менделеева. На нашей планете есть низшие формы существания, которые не приемлют кислорода и обходятся вовсе без воздуха. Но для человека кислород жизненно необходим. Без него не будет работать весь организм, а легкие потеряют свою актуальность.

В свободном состоянии кислород представляет собой газообразное вещество. Но при низких температурах может превращаться в жидкость или даже кристаллизуется.

Молекула кислорода состоит всего из 2-х атомов кислорода - О 2. А вот молекула озона, который по сути является формой кислорода и абсолютно незаменима для существования жизни на планете Земля имеет 3 атома кислорода - О 3 . Разрушение озонового слоя в атмосфере Земли приводит к повышению радиации, к разрушению природы, к появлению все новых и новых форм заболеваний.

Где на Земле есть кислород?

Кроме атмосферы кислород еще присутствует в земной коре. При этом интересно то, что, по сравнению со всеми остальными элементами, кислорода приходится аж до 47%. Содержится он в земной коре в форме различных соединений. В мировом океане, включая и пресные воды, содержание кислорода во всевозможных соединениях составляет почти 86%. А вот в атмосфере его всего 23%.

Кроме атмосферы, земли и воды кислород входит в состав клеток абсолютно всех живых организмов и во множество органических веществ.

Это интересно! В холодной воде мирового океана кислорода больше, чем в теплой.

В каких процессах организма принимает участие кислород

Кислород - это сильнейший окислитель. Поэтому он принимает участие во всех окислительных реакциях организма человека.

Кроме того, что человек дышит и с воздухом получает кислород, это вещество также применяют дополнительно в медицине и в пищевой промышленности.

В медицине кислород применяют в кислородных баллонах и ингаляторах для лечения различных заболеваний дыхательной системы, в общей анестезии при хирургических операциях.

В пищевой промышленности кислород применяют в качестве газа-наполнителя и пропеллента (газообразующего вещества для смесей продуктов). Кислород зарегистрирован в качестве пищевой добавки Е-948.

Кислород позволяет дышать и поддерживать существование. В этом заключается его главная биологическая роль. Он принимает участие в процессах обмена веществ, в разложении и усвояемости различных питательных веществ.

Кислород относится к элементам-органогенам. Его содержание составляет до 65% массы тела человека, то есть более 40 кг у взрослого. Кислород наиболее распространенный окислитель на Земле, в окружающей среде он представлен в двух формах - в виде соединений (земная кора и вода: оксиды, пероксиды, гидроксиды и т.д.) и в свободном виде (атмосфера).

Биологическая роль кислорода

Основной (фактически единственной) функцией кислорода является его участие как окислителя в окислительно-восстановительных реакциях в организме. Благодаря наличию кислорода, организмы всех животных способны утилизировать (фактически «сжигать») различные вещества (углеводы , жиры , белки ) с извлечением определенной энергии «сгорания» для собственных нужд. В покое организм взрослого человека потребляет 1,8-2,4 г кислорода в минуту.

Источники кислорода

Основным источником кислорода для человека является атмосфера Земли, откуда за счет дыхания организм человека способен извлекать необходимое для жизни количество кислорода.

Дефицит кислорода

При дефиците в организме человека развивается так называемая гипоксия.

Причины дефицита кислорода

• отсутствие или резко сниженное содержание кислорода в атмосфере;
• сниженное парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе (при подъеме на большие высоты - в горах, летательных аппаратах);
• прекращение или снижение поступления кислорода в легкие при асфиксии;
• нарушения транспорта кислорода (нарушения деятельности сердечнососудистой системы значительное снижение гемоглобина в крови при анемии, неспособность гемоглобина выполнять свои функции - связывать, транспортировать или отдавать тканям кислород, например, при отравлении угарным газом);
• неспособность тканей утилизировать кислород вследствие нарушения окислительно-восстановительных процессов в тканях (например, при отравлении цианидами)

Последствия дефицита кислорода

При острой гипоксии:

• потеря сознания;
• расстройство, необратимые нарушения и быстрая гибель центральной нервной системы (буквально за минуты)
• При хронической гипоксии:
• быстрая физическая и умственная утомляемость;
• нарушения центральной нервной системы;
• тахикардия и одышка в покое или при незначительной физической нагрузке

Избыток кислорода

Наблюдается крайне редко, как правило, в искусственных условиях (например, гипербарические камеры, неправильно подобранные смеси для дыхания при погружении по воду и т.д.). В этом случае длительное вдыхание чрезмерно обогащенного кислородом воздуха сопровождается кислородным отравлением - в результате чрезмерного его количества в органах и тканях образуется большое количество свободных радикалов, инициируется процесс самопроизвольного окисления органических веществ, в том числе перекисное окисление липидов.

Суточная потребность: не нормируется

В предыдущем материале мы получили понимание, откуда человек получает . Для понимания процессов работы антиоксидантной системы, которая также имеет большую функциональность в оздоровлении организма, следует разобраться со значением кислорода для здоровья и жизни человека.

Если рассматривать воздух по его составляющим, то мы увидим, что среди того, что мы вдыхаем имеет в своем составе следующее:

• 78% азота;
• 21% кислорода;
• прочие газы 1% и в их составе 0,03% СО2.

Химические элементы с различными способностями притягивают к себе дополнительные электроны, зависит эта способность от положения какого либо элемента в таблице Менделеева. Это притяжение, называется электроотрицательность, выражают его условные единицы, и чем они выше, тем больше способность притяжения электронов.

Когда два отличных атома будут взаимодействовать друг с другом, парочка электронов будет смещаться к наиболее электроотрицательному атому. Кислород один из самых электроотрицательных элементов. Он также самый востребованный на Земле компонент.

Кислород делится на две формы существования это кислород (О2) и озон (Оз). Представляет собой бесцветный газ, с отсутствием запаха, выступает жизненно нужным веществом.
Взаимодействуя с каждым элементом периодической таблицы, создает огромное количество соединений.

Кислород — необходимый компонент для обеспечения человека энергией жизни

Земля в своей атмосфере хранит свободный кислород. Связанный кислород хранит земная кора, также пресная вода и морская. Кислородом обеспечивается дыхательный процесс, далее, после окисления органических соединений, образует углекислый газ и воду, в процессе чего высвобождается энергия.

Иначе говоря, мы получаем энергию, ежеминутно требующуюся в нашей жизнедеятельности, которая является результатом расщепления съеденной нами пищи. Расщепление пищи идет под воздействием вдыхаемого кислорода.

Теперь кислород и физиология.

Сложнейший комплекс происходящих в организме изменений на физическом, биологическом и физиологическом уровнях, при которых организм получает и превращает вещества и энергию, и постоянно обменивает их в окружающей среде и есть ОБМЕН ВЕЩЕСТВ и энергии. Этот процесс лежит в основе преобразования энергии из свободной, поступившей
со сложными органическими соединениями, в электрическую, механическую и тепловую. Взаимоотношения между обменами жиров, углеводов и белков, сопровождаемые биохимическими процессами, которые регулируют гормоны, позволяют максимально снабдить энергией наши клетки.

А вы знаете, что вес человека на 62% наполнен кислородом?
Например, если ваш вес 70 кг, то 43 кг из него это кислород. Приведу вам интересный факт, за
сутки мы с вами съедаем кислорода в количестве 2 кг и 900 граммов вдыхаем с воздухом. Кто не знает, информация для вас — Оз (озон), как кислородная форма, токсичен.

Кому не нужен кислород для жизни?

Нет надобности в кислороде у анаэробных бактерий и глубоководных обитателей (их энергетику основывают
вещества полученные в результате деятельности вулканов) Все остальное живое нуждается в кислороде. Жизнь на планете невозможна без него. Его всего лишь 5-7 минутное отсутствие порождает гипоксию (кислородное голодание) тканей и вызывает смерть.

Пища приносит организму электроны и протоны водорода. Протоны, например, попадают с пищей в органических кислотах, а электроны поставляются металлами с переменной валентностью и витаминами в частности С и Е. Биологическое окисление получает необходимый субстрат, состоящий из глюкозы, в нее, в свою очередь, преобразуются легко усваиваемые пищевые углеводы.

Проще говоря, электроны поставляет кислород, а протоны водород. Совместно протоны и электроны создают ковалентные связи (биосинтез молекулы). Жизненно-необходимые элементы организма (белки, нуклеиновые кислоты и т.д.) также наполнены кислородом. Дыхание без него бессмысленно, окисление жиров, белков, аминокислот, углеводов и прочих биохимических процессов тоже невозможно без кислорода.

Днем, когда мы бодры, то расходуем большое количество кислорода. В наш организм он попадает естественным путем, вдыхается легкими. Дальше, драгоценный биокомпонент, поступивший в кровь, начинает поглощать гемоглобин, преобразуя его в оксигемоглобин, и затем он распределяется по всем нашим составляющим (тканям и органам). Но еще
он попадает и в связанном виде, когда мы пьем воду. Получив кислород, ткани расходуют его на процесс метаболизма, для окисления различных элементов. Дальнейший путь кислорода направлен на его метаболизм до СО2 (углерода диоксида) и Н2О (воды) и в итоге он выводится организмом - почками и легкими.

Открытие кислорода произошло дважды, во второй половине XVIII столетия с разницей в несколько лет. В 1771 году кислород получил швед Карл Шееле, нагревая селитру и серную кислоту. Полученный газ был назван «огненным воздухом». В 1774 английский химик Джозеф Пристли проводил процесс разложения оксида ртути в полностью закрытом сосуде и открыл кислород, но принял его за ингредиент воздуха. Только после того, как Пристли поделился своей находкой с французом Антуаном Лавуазье, стало понятно, что открыт новый элемент (calorizator). Пальма первенства данного открытия принадлежит Пристли потому, что Шееле опубликовал свой научный труд с описанием открытия лишь в 1777 году.

Кислород является элементом XVI группы II периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, имеет атомный номер 8 и атомную массу 15,9994. Принято обозначать кислород символом О (от латинского Oxygenium - порождающий кислоту). В русском языке название кислород стало производным от кислоты , термина, который был введён М.В. Ломоносовым.

Нахождение в природе

Кислород является самым распространённым элементом по нахождению в земной коре и Мировом океане. Соединения кислорода (в основном - силикаты) составляют не менее 47% массы земной коры, кислород вырабатывается в процессе фотосинтеза лесами и всеми зелёными растениями, большая часть приходится на фитопланктон морских и пресных вод. Кислород - обязательная составная часть любых живых клеток, также находится в большинстве веществ органического происхождения.

Физические и химические свойства

Кислород - лёгкий неметалл, состоит в группе халькогенов, имеет высокую химическую активность. Кислород, как простое вещество, представляет собой газ без цвета, запаха и вкуса, имеет жидкое состояние - светло-голубая прозрачная жидкость и твёрдое - светло-синие кристаллы. Состоит из двух атомов кислорода (обозначается формулой О₂).

Кислород участвует в окислительно-восстановительных реакциях. Живые существа дышат кислородом воздуха. Широко используется кислород в медицине. При сердечнососудистых заболеваниях, для улучшения обменных процессов, в желудок вводят кислородную пену («кислородный коктейль»). Подкожное введение кислорода используют при трофических язвах, слоновости, гангрене. Для обеззараживания и дезодорации воздуха и очистки питьевой воды применяют искусственное обогащение озоном.

Кислород - основа основ жизнедеятельности всех живых организмов на Земле, является основным биогенным элементом. Находится в составе молекул всех важнейших веществ, которые отвечают за структуру и функции клеток (липиды, белки, углеводы, нуклеиновые кислоты). Каждый живой организм содержит гораздо больше кислорода, чем какого-либо элемента (до 70%). Для примера, организм взрослого среднестатического человека массой 70 кг содержит 43 кг кислорода.

Кислород поступает в живые организмы (растения, животные и человек) благодаря органам дыхания и поступлению воды. Помня о том, что в организме человека самый главный орган дыхания - это кожа, становится понятно, сколько кислорода может получать человек, особенно летом на берегу водоёма. Определить потребность человека в кислороде достаточно сложно, ведь она зависит от многих факторов - возраст, пол, масса и поверхность тела, система питания, внешняя среда и т.д.

Применение кислорода в жизни

Кислород применяется практически повсеместно - от металлургии до производства ракетного топлива и взрывчатых веществ, применяемых для дорожных работах в горах; от медицины до пищевой промышленности.

В пищевой промышленности кислород зарегистрирован в качестве пищевой добавки , как пропеллент и упаковочный газ.

Кислород относится к элементам-органогенам. Его содержание составляет до 65% массы тела человека, то есть более 40 кг у взрослого. Кислород наиболее распространенный окислитель на Земле, в окружающей среде он представлен в двух формах – в виде соединений (земная кора и вода: оксиды, пероксиды, гидроксиды и т.д.) и в свободном виде (атмосфера).

Биологическая роль кислорода

Основной (фактически единственной) функцией кислорода является его участие как окислителя в окислительно-восстановительных реакциях в организме. Благодаря наличию кислорода, организмы всех животных способны утилизировать (фактически «сжигать») различные вещества ( , ) с извлечением определенной энергии «сгорания» для собственных нужд. В покое организм взрослого человека потребляет 1,8-2,4 г кислорода в минуту.

Источники кислорода

Основным источником кислорода для человека является атмосфера Земли, откуда за счет дыхания организм человека способен извлекать необходимое для жизни количество кислорода.

Дефицит кислорода

При дефиците в организме человека развивается так называемая гипоксия.

Причины дефицита кислорода

• отсутствие или резко сниженное содержание кислорода в атмосфере;
• сниженное парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе (при подъеме на большие высоты – в горах, летательных аппаратах);
• прекращение или снижение поступления кислорода в легкие при асфиксии;
• нарушения транспорта кислорода (нарушения деятельности сердечно-сосудистой системы значительное снижение гемоглобина в крови при анемии, неспособность гемоглобина выполнять свои функции - связывать, транспортировать или отдавать тканям кислород, например, при отравлении угарным газом);
• неспособность тканей утилизировать кислород вследствие нарушения окислительно-восстановительных процессов в тканях (например, при )

Последствия дефицита кислорода

При острой гипоксии:

• потеря сознания;
• расстройство, необратимые нарушения и быстрая гибель центральной нервной системы (буквально за минуты)

При хронической гипоксии:

• быстрая физическая и умственная утомляемость;
• нарушения центральной нервной системы;
• тахикардия и одышка в покое или при незначительной физической нагрузке

Избыток кислорода

Наблюдается крайне редко, как правило, в искусственных условиях (например, гипербарические камеры, неправильно подобранные смеси для дыхания при погружении по воду и т.д.). В этом случае длительное вдыхание чрезмерно обогащенного кислородом воздуха сопровождается кислородным отравлением – в результате чрезмерного его количества в органах и тканях образуется большое количество свободных радикалов, инициируется процесс самопроизвольного окисления органических веществ, в том числе перекисное окисление липидов.