på eksamen i emnet anatomi, fysiologi og biokjemi på bachelorutdanningen i sykepleie.
pen. I Kjemi og biokjemi for sykepleiere får du en kort og konsis innføring i de viktigste stoffene og prosessene. Boken er bygd opp etter tema og er oversiktlig og lett å finne fram i. Temaene spenner fra grunnleggende kjemiske begreper som atom, molekyl og kjemisk reaksjon til næringsstoffer og viktige biokjemiske molekyler som ATP, proteiner, DNA og RNA. Viktige cellefunksjoner og prosesser som Na/K-pumpen, oksygentransport og proteinsyntese har også fått egne kapitler. Hvert tema blir forklart så kortfattet og enkelt som mulig, i et lett forståelig språk og med gode illustrasjoner.
Alexander H. Sandtorv er førsteamanuensis i organisk kjemi ved Universitetet i Oslo og forfatter av flere fagbøker i kjemi. Han brenner for formidling av kjemifaget på en lett forståelig måte. Tidligere utgivelser på Universitetsforlaget: Kjemi – enkelt forklart (2. utg. i 2019), Kjemi for ingeniører (2019) og Organisk kjemi (2019, sammen med Jarle S. Diesen).
ISBN 978-82-15-04335-7
9
788215
043357
KJEMI og BIOKJEMI for sykepleiere
Kunnskap i kjemi og biokjemi er grunnleggende for å forstå menneskekrop-
Alexander H. Sandtorv
Alt du trenger å kunne til kjemi og biokjemi-delen
Alexander H. Sandtorv
KJEMI og BIOKJEMI
for sykepleiere Alt du trenger å kunne til eksamen
KJEMI OG BIOKJEMI FOR SYKEPLEIERE
Alexander H. Sandtorv
KJEMI OG BIOKJEMI FOR SYKEPLEIERE
Universitetsforlaget
© Universitetsforlaget 2020 ISBN 978-82-15-04335-7 Materialet i denne publikasjonen er omfattet av åndsverklovens bestemmelser. Uten særskilt avtale med rettighetshaverne er enhver eksemplarfremstilling og tilgjengeliggjøring bare tillatt i den utstrekning det er hjemlet i lov eller tillatt gjennom avtale med Kopinor, interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk. Utnyttelse i strid med lov eller avtale kan medføre erstatningsansvar og inndragning og kan straffes med bøter eller fengsel. Forfatteren har mottatt støtte fra Det faglitterære fond. Førstelektor Mona Elisabeth Meyer takkes for gode kommentarer og innspill. Henvendelser om denne utgivelsen kan rettes til: Universitetsforlaget AS Postboks 508 Sentrum 0105 Oslo www.universitetsforlaget.no Omslag: Sissel K. Tjernstad Sats: Gamma grafisk AS (Vegard Brekke) Trykk og innbinding: 07 Media – 07.no Boken er satt med: Adobe Garamond Pro 10,5/14 Papir: 100 g Arctic Matt Illustrasjoner av Bjørn Norheim: 1.1–1.3, 2.1, 2.5–2.9, 3.3–3.5, 4.2–4.3, 5.1, 6.4, 8.1–8.3, 9.3–9.6, 11.1–11.2, 12.3–12.4, 13.1, 14.1, 14.3–14.4, 15.4–15.5, 16.1–16.2. Øvrige illustrasjoner av forfatter.
Innhold Kapittel 1 Atomer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hva er atomer? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Atomer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grunnstoffer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Periodesystemet. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . De viktigste grunnstoffene i kroppen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elektroner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Isotoper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9 9 9 10 10 12 13 15
Kapittel 2 Molekyler og kjemiske bindinger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hva er et molekyl?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Den kjemiske bindingen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kovalente bindinger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Molekylformel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elektronegativitet og dipoler. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bindinger som virker mellom molekyler: dipol-dipol- og hydrogenbinding. .
17 17 17 18 22 22 25
Kapittel 3 Ioner og elektrolytter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hva er et ion? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ionebinding og salter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Formelenhet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ioner med varierende ladning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sammensatte ioner. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stoffmengde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Løsninger og konsentrasjon. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elektrolytter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
27 27 27 30 31 31 31 32 33
6
Innhold
Kapittel 4 Kjemiske reaksjoner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hva er kjemiske reaksjoner? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Reaksjoner som bare går én vei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Likevekter: reaksjoner som går begge veier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aktiveringsenergi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35 35 35 39 41
Kapittel 5 Organisk kjemi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hva er organisk kjemi?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hydrokarboner og strekstrukturer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Funksjonelle grupper og egenskaper. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Isomeri. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kondensasjon og hydrolyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
43 43 44 46 47 49
Kapittel 6 Næringsstoffer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hva er næringsstoffer? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vitaminer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Karbohydrater . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aminosyrer og proteiner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lipider . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
51 51 51 53 57 58
Kapittel 7 Diffusjon og osmose. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hva er diffusjon? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Eksempler på diffusjon i kroppen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hva er osmose? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Eksempler på osmose i kroppen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
61 61 62 63 64
Kapittel 8 Cellen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hva er cellen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cellens oppbygging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ulike typer celler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
65 65 65 67
Innhold
Kapittel 9 Cellemembranen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hva er cellemembranen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cellemembranens oppbygging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Passiv transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aktiv transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
71 71 71 74 75
Kapittel 10 ATP (Adenosintrifosfat) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hva er ATP? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ATPs kjemiske oppbygging. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . NADþ og FAD: to andre energimolekyler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Produksjon av ATP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
77 77 78 78 79
Kapittel 11 Na/K-pumpen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hva er Na/K-pumpen?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Membranpotensial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hvordan virker Na/K-pumpen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
83 83 83 84
Kapittel 12 Syrer, baser og pH-begrepet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hva er syrer og baser?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sterke syrer og baser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Korresponderende syre- og base-par. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Svake syrer og baser. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pH-begrepet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oversikt over syrer og baser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
87 87 87 88 89 90 91
Kapittel 13 Buffer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hva er en buffer? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bufferløsninger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hvordan virker bufferløsninger? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bufferen i blodet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Syre-base-ubalanser i kroppen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
93 93 93 95 97 98
7
8
Innhold
Kapittel 14 Hemoglobin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hva er hemoglobin? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hemoglobinets oppbygging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oksygentransport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . S-formet metningskurve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Transport av CO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kliniske perspektiver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
99 99 99 101 103 104 106
Kapittel 15 DNA og RNA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hva er DNA? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oppbyggingen av DNA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . RNA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
107 107 107 109
Kapittel 16 Proteinsyntese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hva er proteinsyntese? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Transkripsjon: fra DNA til RNA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Translasjon: fra RNA til protein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
111 111 111 112
Ordforklaringer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
Kapittel 1
Atomer
Hva er atomer? Atomet er byggesteinene for alle stoffer som finnes. Et legemiddel, et protein eller en celle består av atomer som er kjemisk bundet sammen i større kjemiske strukturer. For å forstå hvordan kjemiske strukturer virker, må vi forstå hvordan de er bygget opp. I dette kapitlet skal vi se på hvordan atomene er bygget opp, og lære mer om noen av deres grunnleggende egenskaper.
Atomer Et atom består av tre deler: protoner, nøytroner og elektroner (figur 1.1). Protonene og nøytronene utgjør kjernen. Elektronene svever rundt kjernen. Et proton (pþ ) har en positiv ladning. Et elektron (e− ) har en negativ ladning. Et nøytron (n0 ) har ingen ladning. elektron (e–) nøytron (n0) proton (p+)
Figur 1.1. Atomet.
Kjernen
10
Kapittel 1 Atomer
Grunnstoffer Atomer med samme antall protoner kalles et grunnstoff. Grunnstoffene er med andre ord forskjellige typer atomer. Det betyr at alle atomer med to protoner kalles helium, mens alle atomer med ni protoner er grunnstoffet fluor. Her er helium og fluor to eksempler på grunnstoffer. Når vi snakker om grunnstoffer (og beskriver kjemiske forbindelser), bruker vi ofte forkortelser som består av en eller to bokstaver. Helium, for eksempel, benevnes som He, og fluor benevnes som F. Det er viktig å forstå de vanlige forkortelsene for ulike grunnstoffer, fordi de hele tiden brukes i kjemi og biokjemi. Hver gang vi snakker om et stoff eller et molekyl i kroppen, bruker vi disse forkortelsene. Tabell 1.1 viser en oversikt over noen av de vanligste grunnstoffene vi møter i denne boken. Tabell 1.1 Kjemisk symbol og navn på noen grunnstoffer Kjemisk symbol
Navn
Kjemisk symbol
Navn
H
Hydrogen
Na
Natrium
C
Karbon
K
Kalium
N
Nitrogen
Cl
Klor
O
Oksygen
Mg
Magnesium
P
Fosfor
Ca
Kalsium
S
Svovel
Fe
Jern
For et gitt grunnstoff er antall protoner og elektroner likt. Det betyr at det finnes like mange positive og negative ladninger i grunnstoffet. Det betyr at grunnstoffer ikke har noen elektrisk ladning. Vi sier at de er elektrisk nøytrale.
Periodesystemet Grunnstoffene er samlet og systematisert i periodesystemet. Periodesystemet er en tabell der hver rute viser et bestemt grunnstoff. Hver rute inneholder det kjemiske symbolet som viser hvilket grunnstoff det er snakk om. Noen periodesystemer viser i tillegg grunnstoffets navn. Periodesystemet er veldig nyttig fordi det er systematisk satt sammen. Det betyr at vi får informasjon om grunnstoffenes egenskaper basert på hvor de er plassert i periodesystemet. Et eksempel er litium (Li), natrium (Na) og kalium (K), som alle befinner seg under hydrogen helt til venstre i periodesystemet (se figur 1.2). Disse tre grunnstoffene reagerer nesten på samme måte med andre stoffer. De reagerer for eksempel veldig raskt med oksygengass i luften og reagerer kraftig med vann (H2 O). Periodesystemet er derfor både et system
Figur 1.2. Periodesystemet.
Â
Perioder
26
8
26
28
Grupper 9 10
29
11
30
12
5
13
Metall
140,9 91
Pa 231,0
140,1 90
Th 232,0
138,9
89
Ac
227,0
Halvmetall
Pr
58
Ce
57 59
180,9
Ta
73
92,21
Nb
La
227,0
Ra Ac-Lr
226,0
Fr
223,0
89-103
178,5
88
138,9
137,3
87
72
91,22
132,9
57-71
88,91
Ba Ac-Lu Hf
56
Zr
41
60
237,0
Np
93
144,9
244,1
Pu
94
150,4
62
Sm
61
Pm
190,2
Os
76
101,1
Ru
44
55,85
Ikke-metall
258,0
U
92
144,2
Nd
186,2
Re
W 183,9
75
98,91
Tc
43
54,94
74
95,94
Mo
42
52,00
50,94
40
47,88
Cs
87,62
55
Y
39
44,96
1,008
H
1
247,1
Cm
Am 243,1
96
157,3
Gd
64
195,1
Pt
78
106,4
Pd
46
58,71
95
152,0
Eu
63
192,2
Ir
77
102,9
Rh
45
58,93
Ni
247,1
Bk
97
158,9
Tb
65
197,0
Au
79
107,9
Ag
47
63,55
Cu
6
14
252,1
Es
99
164,9
Ho
67
204,4
Tl
81
114,8
In
49
69,72
Ga
257,1
Fm
100
167,3
Er
68
207,2
Pb
82
118,7
Sn
50
72,61
Ge
32
28,09
Si
14
13
Al
12,01
10,81
C
Atomnummer Symbol Atommasse
251,1
Cf
98
162,5
Dy
66
200,6
Hg
80
112,4
Cd
48
65,39
Zn
38
Co
40,08
Fe
37
Mn
39,10
Cr
V
Ca
K
Ti
31
20
19
Sc
26,98
24,31
22,99 24
Mg
Na 23
12
11
22
9,01
6,94
21
Be
Li B
4
85,47
7
25
7
3
Sr
6
6
7
15
8
16
9
17 2
18
256,1
Md
101
168,9
259,1
No
102
173,0
70
Yb
69
209,0
Po
84
127,6
Te
52
78,96
Se
34
32,07
S
16
16,00
O
Tm
209,0
Bi
83
121,8
Sb
51
74,92
As
33
30,97
P
15
14,01
N
260,1
Lr
103
175,0
Lu
71
210,0
At
85
126,9
I
53
79,90
Br
35
35,45
Cl
17
19,00
F
222,0
Rn
86
131,3
Xe
54
83,80
Kr
36
39,95
Ar
18
20,19
Ne
10
4,00
5
1,008
4 He
3
H
2
5 Rb
4
3
2
1
1
1
Periodesystemet 11
12
Kapittel 1 Atomer
og et slags familiekart som viser oss hvilke grunnstoffer som slekter på hverandre og har like egenskaper. Periodesystemet er organisert etter atomnummer. Atomnummeret sier hvor mange protoner grunnstoffet har. Hvis vi begynner øverst til venstre i periodesystemet finner vi det enkleste grunnstoffet, nemlig hydrogen (H), som har atomnummer én og derfor ett proton. Ett steg til høyre for hydrogen finner vi det neste grunnstoffet. Helium (He) har atomnummer to og dermed to protoner. Slik fortsetter det. Periodesystemet er delt inn i grupper og perioder. De loddrette kolonnene i systemet kalles grupper. Det finnes 18 grupper. Hver gang vi beveger oss ett hakk vannrett i periodesystemet, støter vi på et nytt grunnstoff som befinner seg i en ny gruppe. De grunnstoffene som står vannrett i forhold til hverandre, utgjør en periode. Det finnes 7 perioder. Denne inndelingen framhever likheter og trender i fysiske og kjemiske egenskaper og ikke minst i hvordan grunnstoffene reagerer. Li, Na og K fra tidligere befinner seg alle i samme gruppe (familie), og deler mange fysiske og kjemiske egenskaper. Grunnstoffene er elektrisk nøytrale, og har like mange protoner som elektroner. Natrium har atomnummer 11, som betyr at det har 11 protoner og derfor 11 elektroner. Elektronantallet til et grunnstoff er viktig når vi skal se på hvordan atomer binder seg til andre atomer og danner molekyler (kapittel 2). Hovedgruppene i periodesystemet er grunnstoffene i gruppene 1, 2 og 13–18. Grunnstoffene i de resterende gruppene 3–12 kalles overgangsmetaller. I denne boken er vi mest opptatt av grunnstoffene i hovedgruppene, selv om vi også kommer inn på noen få overgangsmetaller. Jern, for eksempel, er viktig i hemoglobin (kapittel 14).
De viktigste grunnstoffene i kroppen Det er spesielt fire grunnstoffer som er viktige for mange levende organismer, inkludert mennesker (figur 1.3). Et menneske består typisk av 65,0 % oksygen, 18,5 % karbon, 9,5 % hydrogen og 3,3 % nitrogen, basert på kroppsvekten. De resterende 3,7 % av kroppsvekten består av en rekke mineraler og sporstoffer. Mineraler er stoffer som kroppen trenger relativt mye av, som for eksempel kalsium, kalium, fosfor, natrium og klor. Et sporstoff er noe kroppen trenger relativt lite av, som krom, selen og jod. Sporstoffer utgjør mindre enn 0,01 % av kroppsvekten, men spiller likevel viktige roller i kroppen.
Elektroner
Grunnstoff
Symbol
Prosent i kroppen
Oksygen
O
65,0
Karbon
C
18,5
Hydrogen
H
9,5
Nitrogen
N
3,2
Kalsium
Ca
1,5
Fosfor
P
1,0
Kalium
K
0,4
Svovel
S
0,3
Natrium
Na
0,2
Klor
Cl
0,2
Magnesium
Mg
0,1
Andre Nitrogen 3,2 % Hydrogen 9,5 %
Karbon 18,5 %
Oksygen 65,0 %
Sporstoffer inkluderer bor (B), krom (Cr), kobolt (Co), kobber (Cu), fluor (F), jod (l), jern (Fe), mangan (Mn), molybden (Mo), selen (Se), tinn (Sn), vanadium (V), sink (Zn).
Mindre enn 1,0
Figur 1.3. Menneskekroppen består hovedsakelig av oksygen, karbon, hydrogen og nitrogen. De resterende grunnstoffene i kroppen er en rekke mineraler og sporstoffer.
Elektroner I figur 1.1 viste vi at elektronene befinner seg i baner eller skall rundt kjernen. Denne måten å presentere elektroner på heter skallmodellen. Skallene presenteres som ringer som blir større og større jo lenger de kommer ut fra kjernen. Skallmodellen er en forenkling av hvordan kjemikere i dag vanligvis presenterer atomet, men i denne boken er den nyttig nok. Elektronene til et atom svever rundt kjernen i ulike skall, det ene utenpå det andre. Dess lenger skallet befinner seg fra kjernen, dess høyere energi har det. Hvert skall har plass til et bestemt antall elektroner. Når et skall blir fullt, må neste elektron inn i et skall lenger ut. Skallmodellen gir oss et viktig begrep som vi skal bruke i de neste kapitlene: valenselektronene. Det er elektronene som befinner seg i det ytterste skallet. Grunnen til at vi er spesielt opptatt av nettopp disse elektronene, er at det er de som inngår i kjemiske bindinger. Kjenner vi et grunnstoffs valenselektroner, kan vi i stor grad forutsi hvordan grunnstoffet vil reagere med andre grunnstoffer. Det er et veldig nyttig verktøy fordi det tillater oss å forstå hvorfor kjemiske forbindelser dannes. Alle grunnstoffer i samme gruppe inneholder like mange valenselektroner. Grunnstoffene i gruppe 1 inneholder ett valenselektron, gruppe 2 inneholder to valenselektroner, gruppe 13 inneholder tre, gruppe 14 inneholder fire og så videre.
13
14
Kapittel 1 Atomer
For eksempel har bor fem elektroner totalt, to i innerste skall, tre i det ytre. Karbon har seks elektroner totalt, to i det innerste og fire i det ytre og så videre.1 Vi så tidligere at Li, Na og K, som alle er i gruppe 1, hadde like kjemiske egenskaper. Nå forstår vi at det kommer av at de har likt antall valenselektroner. Grunnstoffene i gruppe 17 inneholder syv valenselektroner. Vi har oppsummert valenselektronene til grunnstoffene i hovedgruppen i tabell 1.2. Grunnstoffene i gruppe 18 kalles edelgassene. Disse er spesielle fordi de vanligvis ikke reagerer med andre grunnstoffer. Forklaringen har å gjøre med at det ytterste skallet er fullt. Dette kalles oktettregelen og denne skal vi lære mer om i kapittel 2. Tabell 1.2 Grupper og valenselektroner Gruppe
Grunnstoffer
Valenselektroner
1
H, Li, Na, K, Rb, Cs
1
2
Be, Mg, Ca, Sr, Ba
2
13
B, Al, Ga, In, Tl
3
14
C, Si, Ge, Sn, Pb
4
15
N, P, As, Sb, Bi
5
16
O, S, Se, Te, Po
6
17
F, Cl, Br, I, At
7
18
He, Ne, Ar, Kr, Rn
8
Figur 1.4 viser de grunnstoffene som er mest relevante for denne boken.
Figur 1.4. De viktigste grunnstoffene i denne boken. 1
Det kan være rart at vi hopper fra gruppe 2 direkte til gruppe 13, men forklaringen er at gruppen 3–12 er såkalte overgangsmetaller og ikke inngår i hovedgruppene i periodesystemet.
Isotoper
Isotoper Isotoper er varianter av det samme grunnstoffet. De har altså det samme antallet protoner, men de har ulikt antall nøytroner. Grunnstoffet oksygen (O) har tre stabile isotoper, nemlig 16 O, 17 O og 18 O. Tallene som står foran grunnstoffene i hevet skrift kalles massetallet, og er summen av antall protoner og nøytroner i isotopen det er snakk om. Siden oksygen har åtte protoner, betyr det at 16 O-isotopen inneholder 8 nøytroner (16 8 ¼ 8), eller at 17 O-isotopen inneholder 9 nøytroner (17 8 ¼ 9). 99,76 % av naturlig forekommende oksygen finnes som 16 O-isotopen. Det finnes 0,04 % av 17 O-isotopen og 0,20 % av 18 O-isotopen. Noen isotoper er ustabile og brytes ned ved å gi fra seg radioaktiv stråling. Noen slike isotoper er nyttige i medisinsk bruk. Jodisotopen 131 I brukes for eksempel i behandling av kreft i skjoldbruskkjertelen, og 1 H-isotopen (den vanligste hydrogenisotopen) er viktig i MR-undersøkelser, hvor digitale bilder av indre organer kan lages ved hjelp av magnetfelt og radiobølger.
15
på eksamen i emnet anatomi, fysiologi og biokjemi på bachelorutdanningen i sykepleie.
pen. I Kjemi og biokjemi for sykepleiere får du en kort og konsis innføring i de viktigste stoffene og prosessene. Boken er bygd opp etter tema og er oversiktlig og lett å finne fram i. Temaene spenner fra grunnleggende kjemiske begreper som atom, molekyl og kjemisk reaksjon til næringsstoffer og viktige biokjemiske molekyler som ATP, proteiner, DNA og RNA. Viktige cellefunksjoner og prosesser som Na/K-pumpen, oksygentransport og proteinsyntese har også fått egne kapitler. Hvert tema blir forklart så kortfattet og enkelt som mulig, i et lett forståelig språk og med gode illustrasjoner.
Alexander H. Sandtorv er førsteamanuensis i organisk kjemi ved Universitetet i Oslo og forfatter av flere fagbøker i kjemi. Han brenner for formidling av kjemifaget på en lett forståelig måte. Tidligere utgivelser på Universitetsforlaget: Kjemi – enkelt forklart (2. utg. i 2019), Kjemi for ingeniører (2019) og Organisk kjemi (2019, sammen med Jarle S. Diesen).
ISBN 978-82-15-04335-7
9
788215
043357
KJEMI og BIOKJEMI for sykepleiere
Kunnskap i kjemi og biokjemi er grunnleggende for å forstå menneskekrop-
Alexander H. Sandtorv
Alt du trenger å kunne til kjemi og biokjemi-delen
Alexander H. Sandtorv
KJEMI og BIOKJEMI
for sykepleiere Alt du trenger å kunne til eksamen