Các nguyên tố hóa học nào chiếm tỷ lệ lớn trong khối lượng cơ thể sống

Giải bài tập trang 18 SGK Sinh học lớp 10: Các nguyên tố hóa học và nước

Giải bài 1, 2, 3 trang 18 SGK Sinh 10: Các nguyên tố hóa học và nước

A. Tóm tắt lý thuyết: Các nguyên tố hóa học và nước

Thế giới sống và không sống đều được cấu tạo từ các nguyên tố hóa học. Tuy nhiên thành phần các nguyên tố hóa học trong cơ thể sống và vật không sống khác nhau. Trong số 92 nguyên tố hóa học có trong tự nhiên thì chỉ có vài chục nguyên tố là cần thiết cho sự sống. Trong số đó các nguyên tố C, H, N, O lại chiếm khoảng 96% khối lượng cơ thể sống. Các nguyên tố khác mặc dù có thể chỉ chiếm một tỉ lệ nhỏ nhưng không có nghĩa là chúng không có vai trò quan trọng đối với sự sống.

Sự khác biệt về thành phần hóa học cấu tạo nên cơ thể sống và vật không sống cho thấy sự sống được hình thành do sự tương tác đặc biệt giữa các nguyên tử nhất định. Sự tương tác này tuân theo các quy luật lí hóa học dẫn đến tính sinh học nổi trội mà chỉ thế giới sống mới có.

Tùy theo lệ các nguyên tố có trong cơ thể sống mà các nhà khoa học chia các nguyên tố thành hai loại: đại lượng và vi lượng. Các nguyên tố đại lượng chính như C, H, O, N chiếm khối lượng lớn trong tế bào vì chúng tham gia cấu tạo nên các đại phân tử hữu cơ như prôtêin. cacbohiđrat, lipit và các axit nuclêic là những chất hóa học chính cấu tạo nên tế bào. Các nguyên tố vi lượng là những nguyên tố chỉ chiếm tỉ lệ nhỏ hơn 0.01% khối lượng cơ thể sống.

Nguyên tố vi lượng mặc dù chỉ chiếm một tỉ lệ cực nhỏ nhưng lại có vai trò quan trọng đối với sự sống. Những nguyên tố như: F, Cu, Fe, Mn, Mo, Se, Zn, Co, B, Cr.I… chiếm tỉ lệ rất nhỏ nhưng sinh vật không thể sống nếu thiếu chúng. Ví dụ, mặc dù chỉ cần một lượng cực nhỏ nhưng nếu thiếu iôt chúng ta có thể bị bệnh bướu cổ. Trong chất khô của cây, Mo chỉ chiếm tỉ lệ 1 nguyên tử trên 16 triệu nguyên tử H nhưng nếu thiếu Mo cây trồng sẽ khó phát triển, thậm chí bị chết. Một số nguyên tố vi lượng là thành phần không thể thiếu được của các enzim.

Phân tử nước được cấu tạo từ một nguyên tử ôxi kết hợp với 2 nguyên tử hiđrô bằng các liên kết cộng hóa trị. Do đôi êlectron trong mối liên kết bị kéo lệch về phía ôxi nên phân tử nước có hai đầu tích điện trái dấu nhau làm cho phân tử nước có tính phân cực. Do phân cực nên phân tử nước này hút phân tử nước kia (qua liên kết hiđrô) và hút các phân tử phân cực khác tạo cho nước có vai trò đặc biệt quan trọng đối với sự sống.

Các phân tử nước trong tế bào tồn tại ở dạng tự do hoặc ở dạng liên kết. Vì vậy, nước vừa là thành phần cấu tạo vừa là dung môi hòa tan nhiều chất cần thiết cho các hoạt động sống của tế bào, đồng thời nước còn là môi trường của các phản ứng sinh hóa. Nước chiếm tỉ lệ rất lớn trong tế bào. Nếu không có nước tế bào sẽ không thể tiến hành chuyển hóa vật chất để duy trì sự sống.

B. Hướng dẫn giải bài tập SGK trang 18 Sinh Học lớp 10: Các nguyên tố hóa học và nước

Bài 1: (trang 9 SGK Sinh 10)

Các nguyên tố vi lượng có vai trò như thế nào đối với sự sống? Cho một vài ví dụ về nguyên tố vi lượng ở người.

Đáp án và hướng dẫn giải bài 1:

Dựa vào tỉ lệ các nguyên tố có trong cơ thể sống, người ta chia các nguyên tố thành hai loại: đa lượng và vi lượng. Các nguyên tố đa lượng chiếm khối lượng lớn trong cơ thể. Tuy nhiên, các nguyên tố vi lượng chỉ chiếm 0,01% khối lượng cơ thể sống và cũng có vai trò vô cùng quan trọng đối với sự sống. Các nguyên tố như: F, Cu, Fe, Mn, Mo, Se, Zn, Co, B, Cr, I… chiếm tỉ lệ rất nhỏ nhưng chúng ta không thể sống nếu thiếu chúng. Ví dụ, Fe là thành phần quan trọng của hêmôglôbin trong hồng cầu hoặc mạch cầu dù chỉ cần một lượng cực nhỏ nhưng nếu thiếu iôt chúng ta có thể bị bướu cổ. Trong chất khô của cây, Mo chỉ chiếm tỉ lệ một nguyên tử trong số 16 triệu nguyên tử H, nhưng nêu cây trồng thiếu nó sẽ khó phát triển, thậm chí bị chết. Một sô nguyên tố vi lượng là thành phần không thể thiếu được của các enzim.

Bài 2: (trang 18 SGK Sinh 10)

Tại sao khi tìm kiếm sự sống ở các hành tinh khác trong vũ trụ các nhà khoa học trước hết phải tìm xem ở đó có nước hay không?

Đáp án và hướng dẫn giải bài 2:

Phân tử nước được cấu tạo từ một nguyên tử ôxi kết hợp với 2 nguyên tử hiđrô bàng các liên kết cộng hoá trị. Các phân tử trong tế bào tồn tại ở dạng tự do hoặc ở dạng liên kết. Trong cơ thể, nước vừa là thành phần cấu tạo vừa là dung môi hòa tan nhiều chất cần thiết cho các hoạt động sống của tế bào, đồng thời nước còn là môi trường của các phản ứng sinh hóa. Nước là thành phần chủ yếu trong mọi tế bào và cơ thể sống. Nếu không có nước, tế bào không thể tiến hành chuyển hóa vật chất để duy trì sự sống. Hơn nữa, nước có tính phân cực nên nước có tính chất lí hoá đặc biệt, nên có vai trò rất quan trọng đối với sự sống.

Do nước có vai trò quan trọng như vậy mà khi tìm kiếm sự sống ở các hành tinh khác trong vũ trụ, các nhà khoa học trước hết phải tìm xem ở đó có nước hay không.

Bài 3: (trang 18 SGK Sinh 10)

Trình bày cấu trúc hoá học của nước và vai trò của nước trong tế bào.

Đáp án và hướng dẫn giải bài 3:

Cấu trúc hoá học của nước: phân tử nước được tạo bởi một nguyên tử ôxi kết hợp với 2 nguyên tử hiđrô bằng các liên kết cộng hóa trị. Trong phân tử nước, 2 nguyên tử hiđrô liên kết với nguyên tử ôxi tạo ra phân tử nước có tính phân cực mang điện tích dương ở khu vực gần mỗi nguyên tử ôxi. Sự hấp dẫn tĩnh điện giữa các phân tử nước tạo nên liên kết yếu (liên kết hiđrô) làm ra mạng lưới nước (có vai trò rất trọng đối với sự sống).

Vai trò của nước trong tế bào: Nước vừa là thành phần cấu tạo, vừa là dung môi hoà tan nhiều chất cần thiết cho hoạt động sống của tế bào.

Nước là môi trường của các phản ứng sinh hóa. Nước giúp tế bào tiến hành chuyển hóa vật chất để duy trì sự sống.

Thành phần cơ thể người có thể được phân tích dưới dạng phân tử, như nước, protein, mô liên kết, chất béo (hoặc lipid), hydroxylapatite (trong xương), carbohydrate(như glycogenvà glucose) và DNA. Về mặt mô, cơ thể có thể được phân tích thành nước, mỡ, cơ, xương, v.v.Về mặt tế bào, cơ thể chứa hàng trăm loại tế bào khác nhau, nhưng đặc biệt, số lượng tế bào nhiều nhất trong cơ thể người (dù không phải là khối lượng tế bào lớn nhất) không phải là tế bào người, mà là vi khuẩn cư trú trong đường tiêu hóa người bình thường

Gần 99% khối lượng của cơ thể người được cấu thành từ sáu nguyên tố: oxy, carbon, hydro, nitơ, calcivà phosphor.Chỉ có khoảng 0,85% bao gồm năm nguyên tố khác: kali, lưu huỳnh, natri, clovà magiê. Tất cả 11 nguyên tố đều cần thiết cho cuộc sống. Các nguyên tố còn lại là các nguyên tố vi lượng, trong đó hơn một tá nguyên tố dựa trên bằng chứng tốt cho thấy là cần thiết cho sự sống.Tất cả khối lượng của các nguyên tố vi lượng kết hợp lại (dưới 10 gram trong cơ thể người) không cộng thêm khối lượng magnesi, ít phổ biến nhất trong số 11 nguyên tố không vi lượng.

Số proton	Nguyên tố	Phân số khối[1][2][3][4][5][6]	Khối lượng (kg)[7]	Phân trăm nguyên tử	Cần thiết ở người	Ảnh hưởng của sự dư thừa quá mức	Nhóm
8	Oxy	0.65	43	24	Có (VD: nước, nhận electron)[8]	Gốc tự do oxy hóa (ROS)	16
6	Carbon	0.18	16	12	Có[8] (hợp chất hữu cơ)		14
1	Hydro	0.10	7	62	Có[8] (VD: nước)		1
7	Nitơ	0.03	1.8	1.1	Có[8] (VD: DNA và amino acid)		15
20	Calci	0.014	1.0	0.22	Có[8][9][10] (VD: Calmodulin và Hydroxylapatite ở xương)		2
15	Phosphor	0.011	0.78	0.22	Có[8][9][10] (VD: DNA và phosphoryl hóa)	thù hình phosphor trắng: rất độc	15
19	Kali	20×10−3	0.14	0.033	Có[8][9] (VD: Na+/K+-ATPase)		1
16	Lưu huỳnh	25×10−3	0.14	0.038	Có[8] (VD: Cysteine, Methionine, Biotin, Thiamine)		16
11	Natri	15×10−3	0.10	0.037	Có[9] (VD: Na+/K+-ATPase)		1
17	Chlor	15×10−3	0.095	0.024	Có[9][10] (VD: Cl-transporting ATPase)		17
12	Magie	500×10−6	0.019	0.0070	Có[9][10] (VD: gắn với ATP và nucleotide khác)		2
26	Sắt*	60×10−6	0.0042	0.00067	Có[9][10] (VD: Hemoglobin, Cytochrome)		8
9	Fluor	37×10−6	0.0026	0.0012	Có (AUS, NZ),[11] Không (US, EU),[12][13] Có thể (WHO)[14]	độc với liều lớn	17
30	Kẽm	32×10−6	0.0023	0.00031	Có[9][10] (VD: protein ngón tay kẽm)		12
14	Silic	20×10−6	0.0010	0.0058	Có thể[15]		14
37	Rubidi	46×10−6	0.00068	0.000033	Không		1
38	Stronti	46×10−6	0.00032	0.000033	——		2
35	Brom	29×10−6	0.00026	0.000030	——		17
82	Chì	17×10−6	0.00012	0.0000045	Không	độc	14
29	Đồng	1×10−6	0.000072	0.0000104	Có[9][10] (VD: protein chứa đồng)		11
13	Nhôm	870×10−9	0.000060	0.000015	Không		13
48	Cadmi	720×10−9	0.000050	0.0000045	Không	độc	12
58	Ceri	570×10−9	0.000040		Không
56	Bari	310×10−9	0.000022	0.0000012	Không	độc với liều lượng lớn	2
50	Thiếc	240×10−9	0.000020	60×10−7	Không		14
53	Iod	160×10−9	0.000020	75×10−7	Có[9][10] (VD: thyroxine, triiodothyronine)		17
22	Titan	130×10−9	0.000020		Không		4
5	Boron	690×10−9	0.000018	0.0000030	Ít[15][16]		13
34	Seleni	190×10−9	0.000015	45×10−8	Có[9][10]	độc với liều lượng lớn	16
28	Nickel	140×10−9	0.000015	0.0000015	Ít[15][16]	độc với liều lượng lớn	10
24	Chrom	24×10−9	0.000014	89×10−8	Có[9][10]		6
25	Mangan	170×10−9	0.000012	0.0000015	Có[9][10] (VD: Mn-SOD)		7
33	Arsen	260×10−9	0.000007	89×10−8	Ít[15][17]	độc với liều lượng lớn	15
3	Lithi	31×10−9	0.000007	0.0000015	mật thiết trong nhiều enzyme, hormone và vitamin	độc với liều lượng lớn	1
80	Thủy ngân	190×10−9	0.000006	89×10−8	Không	độc	12
55	Caesi	21×10−9	0.000006	10×10−7	Không		1
42	Molybden	130×10−9	0.000005	45×10−8	Có[9][10] (VD: molybden oxotransferases, Xanthine oxidase và Sulfite oxidase)		6
32	Germani		5×10−6		Không		14
27	Coban	21×10−9	0.000003	30×10−7	Có (cobalamin, B12)[18][19]		9
51	Antimon	110×10−9	0.000002		Không	độc	15
47	Bạc	10×10−9	0.000002		Không		11
41	Niobi	1600×10−9	0.0000015		Không		5
40	Zirconi	6×10−6	0.000001	30×10−7	Không		4
57	Lanthan	1370×10−9	8×10−7		Không
52	Tellur	120×10−9	7×10−7		Không		16
31	Gallium		7×10−7		Không		13
39	Ytri		6×10−7		Không		3
83	Bismuth		5×10−7		Không		15
81	Thalli		5×10−7		Không	rất độc	13
49	Indi		4×10−7		Không		13
79	Vàng	3×10−9	2×10−7	30×10−7	Không	Nhiễm độc gen ít[20][21][22]	11
21	Scandi		2×10−7		Không		3
73	Tantal		2×10−7		Không		5
23	Vanadi	260×10−9	11×10−7	12×10−8	Ít[15] (yếu tố phát triển trao đổi chất ở xương)		5
90	Thori		1×10−7		Không	độc, phóng xạ
92	Urani		1×10−7	30×10−9	Không	độc, phóng xạ
62	Samari		50×10−8		Không
74	Wolfram		20×10−8		Không		6
4	Berylli		36×10−8	45×10−8	Không	độc với liều lượng lớn	2
88	Radi		3×10−14	1×10−17	Không	độc, phóng xạ	2

Bảng tuần hoànSửa đổi

Những nguyên tố dinh dưỡng trong bảng tuần hoàn

H

He

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

Cs

Ba

La

*

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

Fr

Ra

Ac

**

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Rg

Cn

Nh

Fl

Mc

Lv

Ts

Og

*

Ce

Pr

Nd

Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

**

Th

Pa

U

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr

Những nguyên tố hữu cơ cơ bản

Nguyên tố cần thiết

Nguyên tố vi lượng cần thiết

Nguyên tố vi lượng thiết yếu bởi Hoa Kỳ, không phải bởi Liên minh Châu Âu

Không có bằng chứng cho hoạt động sinh học ở động vật có vú, có thể độc hại, nhưng cần thiết ở một số sinh vật bậc thấp. (In the case of lanthanum, the definition of an essential nutrient as being indispensable and irreplaceable is not completely applicable due to the extreme similarity of the lanthanides. Thus Ce, Pr, and Nd may be substituted for La without ill effects for organisms using La, and the smaller Sm, Eu, and Gd may also be similarly substituted but cause slower growth.)

Phân tửSửa đổi

Thành phần cơ thể người được biểu thị dưới dạng hóa chất:

• Nước
• Protein– bao gồm cảlông, mô liên kết, vân vân.
• Chất béo(hoặclipid)
• Hydroxyapatitetrong xương
• Cacbohydratnhư làglycogenvàglucose
• DNA
• Các ion vô cơ hòa tan nhưnatri,kali,chloride,bicacbonat,phosphat
• Chất khínhư làoxy,cacbon dioxide,Nitơ oxide,hydro,cacbon monoxide, acetaldehyde,formaldehyd,methanethiol.Chúng có thể được hòa tan hoặc có mặt trong các khí ở phổi hoặc ruột. Etanvà pentanđược sinh ra bởi các gốc tự do oxy.
• Nhiều phân tử nhỏ khác, như amino acid, acid béo,nucleobase,nucleoside,nucleotide,vitamin,cofactor.
• Gốc tự donhưsuperoxide,hydroxyl, vàhydroperoxyl.

Thành phần cơ thể người có thể được xem xét trên quy mô nguyên tử và phân tử như trong bài viết này.

Các thành phần trong tổng phân tử ước lượng một tế bào người 20 micromet điển hình như sau:[23]

Phân tử	Phần trăm theo khối lượng	Khối lượng mol (dalton)	Số phân tử	Phần trăm
Nước	65	18	174×1014	98.73
Các hợp chất vô cơ khác	1.5	N/A	131×1012	0.74
Lipid	12	N/A	84×1011	0.475
Các hợp chất hữu cơ khác	0.4	N/A	77×1010	0.044
Protein	20	N/A	19×1010	0.011
RNA	1.0	N/A	5×107	3×10−5
DNA	0.1	1×1011	46*	3×10−11

MôSửa đổi

Thành phần cơ thể cũng có thể được biểu hiện dưới dạng các vật chất khác nhau, như:

• Cơ (sinh học)
• Mô mỡ
• Xươngvàrăng
• Mô thần kinh (Nãovà dây thần kinh)
• Nội tiết tố
• Mô liên kết
• Dịch cơ thể (Máu,bạch huyết,nước tiểu)
• Thành phần chứa trong đường tiêu hóa, bao gồm cả khí đường ruột
• Khí trong phổi
• Biểu mô

Thành phần theo loại tế bàoSửa đổi

Có nhiều loài vi khuẩn và các vi sinh vật khác sống trên hoặc bên trong cơ thể con người khỏe mạnh.Trên thực tế, 90% các tế bào trong (hoặc trên) cơ thể người là vi sinh vật, theo số lượng[24][25] (ít hơn nhiều theo khối lượng hoặc thể tích).Một số cộng sinh này cần thiết cho sức khỏe chúng ta. Những thành phần không có ích cũng không gây hại cho con người được gọi là vi sinh vật hội sinh.

Tham khảoSửa đổi

1. ^ Thomas J. Glover, comp., Pocket Ref, 3rd ed. (Littleton: Sequoia, 2003), p. 324 (LCCN2002-91021), which in
2. ^ turn cites Geigy Scientific Tables, Ciba-Geigy Limited, Basel, Switzerland, 1984.
3. ^ Chang, Raymond (2007). Chemistry, Ninth Edition. McGraw-Hill. tr.52. ISBN0-07-110595-6.
4. ^ "Elemental Composition of the Human Body" Lưu trữ 2018-12-18 tại Wayback Machine by Ed Uthman, MD Retrieved ngày 17 tháng 6 năm 2016
5. ^ Frausto Da Silva, J. J. R; Williams, R. J. P (ngày 16 tháng 8 năm 2001). “The Biological Chemistry of the Elements: The Inorganic Chemistry of Life”. ISBN9780198508489. Chú thích journal cần |journal= (trợ giúp)
6. ^ Zumdahl, Steven S. and Susan A. (2000). Chemistry, Fifth Edition. Houghton Mifflin Company. tr.894. ISBN0-395-98581-1.)
7. ^ Emsley, John (ngày 25 tháng 8 năm 2011). Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. OUP Oxford. tr.83. ISBN978-0-19-960563-7. Truy cập ngày 17 tháng 6 năm 2016.
8. ^ a b c d e f g h Salm, Sarah; Allen, Deborah; Nester, Eugene; Anderson, Denise (ngày 9 tháng 1 năm 2015). Nester's Microbiology: A Human Perspective. tr.21. ISBN978-0-07-773093-2. Truy cập ngày 19 tháng 6 năm 2016.
9. ^ a b c d e f g h i j k l m n Subcommittee on the Tenth Edition of the Recommended Dietary Allowances, Food and Nutrition Board; Commission on Life Sciences, National Research Council (ngày 1 tháng 2 năm 1989). “9-10”. Recommended Dietary Allowances: 10th Edition. National Academies Press. ISBN978-0-309-04633-6. Truy cập ngày 18 tháng 6 năm 2016.
10. ^ a b c d e f g h i j k l Code of Federal Regulations, Title 21: Food and Drugs, Ch 1, subchapter B, Part 101, Subpart A, §101.9(c)(8)(iv)
11. ^ Australian National Health and Medical Research Council (NHMRC) and New Zealand Ministry of Health (MoH)
12. ^ "Fluoride in Drinking nước: A Review of Fluoridation and Regulation Issues"
13. ^ “Scientific Opinion on Dietary Reference Values for fluoride”. EFSA Journal. 11 (8): 3332. 2013. doi:10.2903/j.efsa.2013.3332. ISSN1831-4732.
14. ^ WHO/SDE/WSH/03.04/96 "Fluoride in Drinking-water"
15. ^ a b c d e Institute of Medicine (ngày 29 tháng 9 năm 2006). Dietary Reference Intakes: The Essential Guide to Nutrient Requirements. National Academies Press. tr.313–19, 415–22. ISBN978-0-309-15742-1. Truy cập ngày 21 tháng 6 năm 2016.
16. ^ a b Safe Upper Levels for Vitamins and Mineral (2003), boron p. 164-71, nickel p. 225-31, EVM, Food Standards Agency, UK ISBN 1-904026-11-7
17. ^ “Arsenic in Food and Dietary Supplements”. US Food and Drug Administration. ngày 22 tháng 5 năm 2019. Truy cập ngày 20 tháng 8 năm 2019.
18. ^ Yamada, Kazuhiro (2013). “Cobalt: Its Role in Health and Disease”. Metal Ions in Life Sciences. 13: 295–320. doi:10.1007/978-94-007-7500-8_9. ISSN1559-0836.
19. ^ Banci, Lucia (ngày 18 tháng 4 năm 2013). Metallomics and the Cell. Springer Science & Business Media. tr.333–368. ISBN978-94-007-5561-1. Truy cập ngày 19 tháng 6 năm 2016.
20. ^ Fratoddi, Ilaria; Venditti, Iole; Cametti, Cesare; Russo, Maria Vittoria (2015). “How toxic are gold nanoparticles? The state-of-the-art”. Nano Research. 8 (6): 1771–1799. doi:10.1007/s12274-014-0697-3. ISSN1998-0124.
21. ^ “Scientific Opinion on the re-evaluation of gold (E 175) as a food additive”. EFSA Journal. 14 (1): 4362. 2016. doi:10.2903/j.efsa.2016.4362. ISSN1831-4732.
22. ^ Hillyer, Julián F.; Albrecht, Ralph M. (2001). “Gastrointestinal persorption and tissue distribution of differently sized colloidal gold nanoparticles”. Journal of Pharmaceutical Sciences. 90 (12): 1927–1936. doi:10.1002/jps.1143. ISSN0022-3549.
23. ^ Freitas Jr., Robert A. (1999). Nanomedicine,. Landes Bioscience. tr.Tables 3–1 & 3–2. ISBN1-57059-680-8. Đã bỏ qua tham số không rõ |nopp= (trợ giúp)
24. ^ Glausiusz, Josie. “Your Body Is a Planet”. Truy cập ngày 16 tháng 9 năm 2007.
25. ^ Wenner, Melinda. “Humans Carry More Bacterial Cells than Human Ones”. Truy cập ngày 9 tháng 10 năm 2010.