Keemiatehnika alused 1 kontrolltöö (0)

1
KEEMILISED ELEMENDID JA ANORGAANILISED
ÜHENDID ORGANISMIDES
Elusloodusest   on   leitud   70...90   keemilist   elementi.   Organismid   saavad   neid   peamiselt   toidust   ja
joogiveest. Elussüsteemide talitluse jaoks hädavajalik miinimum on 27 elementi e.  bioelemendid , mis
on järgmised:
  makrobiogeensed e organogeensed-  H, C, O, N, S, P  (sisaldus üle 1%). Annavad enamuse raku
kuivmassist ja neist on üles ehitatud biomolekulid. Neist omakorda koosnevad rakud ja  koed . 
Annavad kuivkaalust 98-99% ja:
 elava koostises on eelistatud  mittemetallid ;
 tegu on nn kergete elementidega (st väikese aatommassiga).
 ioonsel kujul esinevad elemendid- 4  katiooni : Na, Ca, K, Mg ja 1  anioon : Cl (sisaldus 0,1-1,0%).
Kindlustavad põhiliselt füsioloogiliste protsesside kulgemise.
 mikrobiogeensed – Fe, Mn, Co, Cu , Zn, F, B, I  (sisaldus alla 0,1%) ja ultramikrobiogeensed - Mo,
V, Ni, Cr,  Se, Sn, As (sisaldus alla 0,0001%). Neid on %-lt vähe, aga organism vajab neid.
Arstid jagavad kõik elemendid kahte rühma:
Makroelemendid – kõik need, mida organism saab ööpäevas üle 100 mg.
Mikroelemendid  – kõik need, mida organism saab ööpäevas alla 100 mg.
Üksikelementide bioloogiline roll
C (süsinik) – evolutsiooni  keskne   bioelement
Elu on süsinikuühendite  evolutsioon ! 7 põhjust:
 C on võimeline moodustama 4 stabiilset kovalentset sidet 
a) teiste C aatomitega;
b) teiste elementide aatomitega.
 Need sidemed on piisavalt tugevad, kuid ensümaatiliselt saab neid lõhustada ja sünteesida.
 C aatomite mõõtmed on väikesed ja ka  aatommass  on väike.
 C-aatomitest võivad moodustuda :
a) sirged  ahelad  (nt valgud ja  nukleiinhapped );
b) hargnevad ahelad (nt aminopeptiinglükeen);
c) tsüklilised ahelad.
 2 C aatomi vahele võivad moodustuda:
a) ühekordsed sidemed;
b) kaksiksidemed (nt küllastumata rasvhapetes);
c) kolmiksidemed (bioloogilistes süsteemides üliharva).
Nende abil tagatakse biomolekulide  mitmekesisus .
 Ümber üksiksideme on lubatud vaba pöörlemine.
Selle abil saab seletada molekulide konformatsioonilisi muutusi 
e see seletab molekulide eriosade ruumpaigutuse muutust.
 C vahelised sidemed on kindla pikkusega (kõige lühem on kolmikside).
C – anorgaanilised ühendid
Põhiliselt CO2 – biooksüdatsiooni lõppprodukt. Ta on organismist kergesti eemaldatav.
1
2
NB! 
 Ta ei ole mürgine! (nt limonaad). Tavaliselt jääb O2 –te väheks.
 CO2  ei transpordi inimese organismis   hemoglobiin  (kindlustab vaid 16-20% transpordist). CO2
seondub üldvalgulise osaga, mitte heemiga.
 CO2 + H2O =H2CO3 = H  + HCO3 (tekib ka 2H  ja CO3 ) HCO3-ga toimubki transport organismis ja
HCO3 kindlustab ka vere puhverdusvõime.
O (hapnik) - kuulub samuti biomolekulide ehitusse. Bioloogiline roll seosneb oksüdeerimises.
 Elu saab jagada kaheks suhtelt O-ga:
1.  Aeroobne
2. Anaeroobne (ilma O-ta) nt osad bakterid . Paljudele  anaeroobidele on O toksiline.
 O vabad radikaalid – bioloogiliselt üliaktiivsed ühendid on liitnud täiendava elektoni. Neid tekib
loomuliku   protsessi   käigus,   toodetakse   fagotsüütides   ja   kasutatakse   võõrorgaanika   efektiivseks
lagundamiskes. Juhul kui see protsess väljub kontrolli alt on tagajärjeks kas prekantserogeensus
või   muu    patoloogiline    seisund   ( infarkt    või   artriit).   Organism   reguleerib   nende   taset
antioksüdantidega ( vitamiin  E & K).
H (vesinik) - tähtsus seisneb  vesiniksidemete   tekkes  ja võimaldamises.
Kaks põhirolli:
 Moodustada H- sidemeid  H ja temast elektronegatiivsema elemendi vahel (biosüsteemides H-O, H-
N , HCl, HBr). Nad on biomolekulide kõrgemat järku struktuuride stabiliseerijad (nukleiinhapped, 
valgud, polüsahhariidid).
 Ühendite energeetiline väärtus seondub H-ga (mida rohkem on biomolekulis H aatomeid, seda 
kõrgem on selle ühendi energeetiline väärtus). Sellepärast on nt lipiidid energiarikkamad kui 
süsivesikud.
C,O,H kuuluvad kõikide biomolekulide koostsesse.
N (lämmastik)  -  on põhiliselt  aminohapetes,  nukleiinhapetes ja heterotsüklilistes lämmastiku-
ühendites. Ta on süsinikskeleti täiendav, tugevdav ja mitmekesistav element.
 Kui   tsüklilistes   ühendites   C   asendub   N-ga,   siis   selle   ühendi    aromaatsus    säilub.   See   on   näha
lämmastikaluste puhul.
 Osaleb   H   sidemete   tekkes   ja   leidub   teda   nukleotiidides,   aminohapetes   ja   heterotsüklilistes
ühendites   (taimede   sekundaarse   ainevahetuse   produktid   ja   loomadele   aktiivse   bioloogilise
toimega). Alkaloidide baasil narkootilised ained (enamik looduslikke).
P ( fosfor ) - on oluline koht organismi energiavahetuses. 
Kaks põhirolli:
 Ühendid on võimelised eriliselt energiarikkaid sidemeid moodustama (makroergilised sidemed, nt
ATP). Ühe sideme lagunemisel hüdolüütiliselt vabaneb u 40kJ energiat.
 Leidumine   biomolekulide   koostises   kindlustab   selle   ühendi   reaktsioonivõimelisuse   (nt   puhas
glükoos on inertne, ainevahetusse lülitumiseks tuleb liita fosfaatrühm).
Fosforit    leidub   nukleotiidides,   fosfolipiidides   ja   süsivesikute   fosfoestrites.   Teda   saab   lihast,
piimatoodetest, munakollasest, merekaladest, hernestest, kapsast, teraviljadest, pähklitest jne.
S (väävel)  - leidub mitmesugustes orgaanilistes ühendites (amonihapped), rohkesti on teda ka
naha, küünte ja juuste valkudes. 
2
3
 Osaleb kordsete sidemete moodustumises ja koondab ka laengutihedust molekulis sellele osale, kus
ta asub.
 Tioolrühma (SH) bioloogiline roll:
1. Kuulub sageli lihtensüümide aktiivtsentrisse;
2. Osaleb S-S sidemete tekkes st väävlisillakeste tekkes. On vajalik valgu kolmandatjärku
struktuuride stabiliseerimiseks;
 Leidub osade vitamiinide koostises (nt B1 ja H) ning aminohapetes ja CoE-s.
Toiduga saab väävlit lihast, subproduktidest (maks,  neerud , keel), kaladest, munavalgest, teraviljadest,
pähklitest ja kaunviljadest.
Na (naatrium) ja K ( kaalium ) - on vajalikud rakkude elutegevuseks. 
Na on tüüpiline rakuväline element (15-20 korda rohke sees kui väljas), K on tüüpiline rakusisene
element   (teda   on   30-35   korda   rohkem   sees   kui   väljas).   Na   viiakse   pidevalt   rakust   välja
(vastukonsentratsioon) ja K pidevalt rakkus sisse. Selle eest vastutab Na-K  pump .
Bioloogilised funktsioonid ioonidel:
 kindlustab vere  osmootse  rõhu;
 kontrollib vedeliku tasakaalu ( bilanssi );
 tagavad rakkude pinnalaengu;
 kindlustavad närvirakkudes erutuse tekke ja leviku;
 tagavad ka elutähtsate imendumisprotsesside  toimumist ;
 on vajalikud paljude organite tegevuses.
Naatriumi saame keedusoolast ja varjatud kujul ka pagaritoodetest, juustust, vorstist, margariinist jne 
(peamiselt loomsest toidust).  Kaaliumi  saame puu-, juur - ja kaunviljadest.
Liigne soola tarbimine tõstab vererõhku.
Ca   ( kaltsium )  -   osaleb    luukoe    moodustamises   ja   on   hammaste   koostises.  On   eeskätt   loomne
element.
Ülesanded:
 läheb raskesti lahustuvate sooladena luukoe koostisesse;
 on osmoregulaator ja vereelektrolüüt;
 osaleb lihaskontraktsioonis ja vajalik vere hüübimisel.
 Taimede puhul Ca-pektaadid lähevad vahelamelli koostisesse (sellest kujunevad kestad).
Kaltsiumi saab piimast ja piimatoodetest, kalast  ja osade taimede lehtedest.
Mg ( magneesium ) – nii  loomades  kui taimedes.
Ülesanded:
 rasklahustuvate sooladena luukoe koostises;
 paljude ensüümide aktivaator (just nende jaoks, mis kindlustavad fosfaatrühma ülekande);
 vajalik ribosoomide ehitusüksuste seostumiseks ning molekuli bioloogilise protsessi läbiviimiseks.
 Klorofülli keskne element;
 Osaleb Mg-pektaadina vahelamelli tekkes.
Cl ( kloor ) – ainus anioon, tasakaalustab positiivset  laengut.
Ülesanded:
 maosoolhappe vajalik komponent
3
4
 amülaasi aktiveerija
Mikrobiolelemendid - kuuluvad bioaktiivsete ainete (ensüümid,  vitamiinid , hormoonid ) koostisesse.
Ensüümid – neisse  kuuluvad raskmetaalide katioonid.
Nad on kergesti polariseeritavad ja neis toimub (nendega seotult) katalüütiline protsess (nt alkoholi
dehüdrogenaas)
Vitamiinid on bioaktiivsed orgaanilised ained, mis on inimesele asendamatud  mikrotoitained . 
Inimene suudab ise sünteesida vaid üksikuid vitamiine ja seetõttu peab ta nad saama toiduga (nii
loomsest kui  taimsest  toidust). Mikroelementidest sisaldavad nad näiteks Co-t.
Inimorganismis olevatest varudest jätkub enamike vitamiinide puhul 4...40 ööpäevaks ning
seetõttu on vajalik nende pidev saamine  seedekulgla  kaudu. Vitamiinide defitsiidi korral tekib väsimus,
kehakaalu ja töövõime langus, vastuvõtlikkus nakkushaigustele, tihti ka peavalud ja muud vaevused.
Vitamiinide  ületarbimine on samuti ohtlik, sest see kahjustab  organismi  ning võib kaasneda  naha
sügelemine, luuvalu , limaskestade  põletik jne.
Hormoonid - mikroelementidest nt I.
I on kilpnäärme hormoonide ( nii türoksiini kui ka trijodotüroksiini)  talitluseks  vajalik element.
Funktsioonid teistel elementidel:
Fe – hemoglobiin
Ar – juustes
Sn – lipiidide  ainevahetus
Si – kõhrdes, liigestes ja silma klaaskehas
Se – mitokondrites
F – hamba  email
Ni – vereloome süsteem
B - vereloome süsteem
N - lipiidide ainevahetus
Cu – oksüdeeritud ensüümid
Mo - oksüdeeritud ensüümid
Põhjused, mis määravad ära organismi keemilise koostise
Elava ja elutu vahe on väärisgaasides!
 Põhiline vahe on  bioelementide  valikus ja kontsentratsioonis. Maakoores 98-99% O, Si, Al, Fe, Ca,
N, K, Mg – massiks. Elavas on Si vähe, maakores palju, elavas on C palju, maakoores vähe.
 Nende süsteemi kuuluvus:
1. erinevad eel- ja päristuumsed – eeltuumsetes on C rohkem, pärituumsetes O rohkem.
2. taimed ja loomad erinevad ka. Taimedes rohkem B, loomades Ca.
 Võimest kuhjuda endasse teatud keemilisi elemente.  Merevee mooluskid koguvad Au, käsnad ja
ainuõõssed B, V, Ar, sõnajalgtaimed aga Y.
 Elementide omavaheline antagonism. 
1. Nt   Ca/Sr   vaheline   ainevahetus   viib    selleni ,   et   Ca   tõrjutakse   kõhrkoest   välja,    liigesed
jäigastuvad ja lõpuks liigutamine lakkab. Iseloomulik mäestiku piirkonna elenikele.
2. Nt Ca/Al vaheline ainevahetus – see on lindudel (kanadel), siis munakoored habrastuvad.
4
5
 Elementide kättesaadavus organismile:
1. vesilahustuvus;
2. elementide leidumise sagedus. 
Eesti kõige saastatum piirkond raskemetallidega on Kohtla-Järve ümbrus.
 Keskkonna  saastatus . See  kajastub ka kõikides organismides. Tüüpilisemad saasteelemendid on: 
 Pb – pärineb metüleeritud bensiini kasutamisest;
 Hg – peamiselt mereröövkalades (eriti Kaug-Idas);
 Cs137  - kuhjub peamiselt  samblikes  ja seentes.
 Elukeskonnast – nt mereveekalade veres ja koevedelikus on Na, K, Mg ja Cl ioonide sisaldus 4-
10x kõrgem kui mageveekalades.
Vesi (H2O)
Meie planeedi universaalne lahusti ja elava jaoks sobilik biovedelik.
Universaalsus  on tingitud tema füüsikalistest-keemilistest omadustest:
 hea  soojusjuhtivus ;
 suur soojusmahtuvus ;
 suur aurustumissoojus ;
 kõrge  keemistemperatuur ;
 pindpinevus ja  kapillaarsus .
Funktsioonid molekulaarsel tasandil:
 Vesi on reaktsioonis lähteaineks fotosünteesi reaktsioonis.  Igasugune taimne fotosüntees kasutab
lähteainena vett ja selle tulemusena eraldub O.  Bakteriaalne  FS vett lähteainena ei kasuta O ei
eraldu. NB! Sinivetikad on taimed, mitte bakterid.
 Vesi kindlustab hüdrolüüsireaktsioonid.
     hüdrolaas
Polümeer + vesi                    monomeer    (tärklise hüdrolüüs glükoosiks)
 Vesi kui lahusti.
Lahustuvus  on lahustuva aine molekulide vaheliste sidemete lõhkumine ja nende molekulide
ümbritseva stabiliseeriva hüdraatkihiga.
Hüdrofiilsus  on   hüdrofiilse   aine   ja   H2O   molekulide   vaheline   vastasmõju.   Enamasti
hüdrofiilsed ained ka lahustuvad vees, kuid sageli ei lahustu, vaid punduvad ja märguvad (nt
tselluloos , kollageen, tärklis). 
Hüdrofiilsus on laiem mõiste kui lahustuvus.
 Kindlustab   keskkonna   happelis-aluselise   tasakaalu   e   pH.  pH   on   aluselise   ja   happelise
kokkuleppeline mõõteskaala, mis koosneb 14-st jaotusest:   0 – 7 – happeline
  
 7 – neutraalne
7 – 14 – aluseline
Happelised omadused tugevnevad skaala näitude vähenemisel, aluselised aga  suurenemisel . Skaala on
logaritmiline: 
10 x happelisem
4
5
6
100 x happelisem
neutraalse reaktsiooniga biovedelikku praktiliselt ei esine:
maohape
1,5 – 2,5
sidrunimahl
1,8 – 2,4
lehmapiim
6,6 – 6,7
inimese sülg
6,9 – 8,0
5
6
veri
7,3 – 7,4
uriin
4,8 – 7,5
merevesi
8,1 – 8,2
happevihm
3 - …
            vihmavesi                  6,3 – 6,4 (ei ole 7, sest sisaldab  HPO3 `)
Funktsioonid raku tasandil:
 H2O kindlustab turgori  ja seda tänu vee liikumisele rakku  osmoosi  teel.
 Kindlustab   raku   stabiilse   sisekeskkonna.  On   stabiilse   temperatuuriga,   mis   on   vajalik
ainevahetusreaktsiooni kulgemiseks.
 Kaitseb   rakustruktuure   lokaalse   ülekuumenemise   eest.  Seda   tänu   heale   soojusjuhtivusele   (nt
mitokondril toimuvad eksotermilised reaktsioonid ja see vähendab seda.
 Määrab   ära   raku   ainevahetuse   intensiivsuse.   Normaalselt   60-75%.   Vaba   vee   sisaldus   oluline
vähenemine 10-15% on iseloomulik spooridele ja eostele, nende ainevahetus on allasurutud.
Funktsioonid organismi tasandil:
 Kaitseb ülekuumenemise eest. Iga pinna, millelt  aurumine  toimub, temperatuur langeb. Nt taimedel
transpiratsioon (aurumine läbi õhulõhede), loomadel  higistamine  ( lehm  ninapeegliga, siga kärsaga,
kass  ja koer käpaaluse päkaga).
 Vee sisaldus määrab ära üldise ainevahetuse intensiivsuse. 2 põhjust:
1.  Reaktsioon  keskkonna veega;
2. Vesi, kui ringeelundkonna stabiliseerimise faktor.
Näited: inimese 3-s arengukuu, lootes vett 95%
sündides u 76%
1a laps u 70%
5-10a laps u 65-70%
täiskasvanu 60-65%
vananedes    vee   sisaldus   väheneb,   aga   väheneb   rakuväline   ja   luukudede    veesisaldus .   Kaasneb
ainevahetuse aeglustumine ja turgori vähenemine.
 Osaleb hüdrostaatilise skeleti tekkes. Omane nt solkmetele. Kehaõõs on täidetud vedelikuga, mis
annab jehale kindla kuju.
 Kaitsefunktsioon :
1. H2O lahustunud kujul eraldab jääkained (uriin, higi jm);
2. H2O kuulub nõrede koostisesse (pisaravedelik, liigesvõie jne);
3. Loote   areng   toimub   vees   (tagatakse   stabiilne   keskkond,   kompenseerib   üleslükke   jõuga
raskusjõu mõju);
4. H2O sisalduvas keskkonnas leiab aset  viljastamine .
Funktsioonid ökosüsteemi tasandil:
 Peamine kliimat kujundav faktor oma 3 agregaatolekuga. 
1. Nt.   jää   tihedus   on   väiksem   kui   vee.   Seetõttu   jää   veekogu   põhja   ei    vaju    ja   tagab   elu
võimalikkuse põhja piirkonnas.
2. Vee aur on maa energiabilanssi reguleeriv faktor, kutsudes esile nn kasvuhooneefekti.
 Kliima reguleerimisel on oluline osa nii veeringel kui hoovustel;
 Paljudele organismidele elu, leviku ja paljunemise keskkonnaks.
6

Document Outline

• Üksikelementide bioloogiline roll
  • C – anorgaanilised ühendid
• H (vesinik) - tähtsus seisneb vesiniksidemete tekkes ja võimaldamises.
  • Ülesanded:
  • Cl (kloor) – ainus anioon, tasakaalustab positiivset laengut.
  • Ülesanded:
    • Mikrobiolelemendid - kuuluvad bioaktiivsete ainete (ensüümid, vitamiinid, hormoonid ) koostisesse.
      • Ensüümid – neisse kuuluvad raskmetaalide katioonid.
      • Hormoonid - mikroelementidest nt I.
        • Mo - oksüdeeritud ensüümid
  • Põhjused, mis määravad ära organismi keemilise koostise
  • Vesi (H2O)