Классификация химических элементов по их содержанию в организмах

На сегодня известно более 110 химических элементов: 89 из них найдены в природе, другие добыто искусственным путем. Большинство из природных химических элементов входят в состав организмов. Однако лишь около ЗО элементов участвуют в осуществлении жизненных функций и имеют определенное значение для биологических систем. Их называют биоэлементами.

Биоэлементы - химические элементы, которые входят в состав живых организмов и участвуют в процессах жизнедеятельности. Эти элементы находятся в организме: а) как составляющие биомолекул; б) в форме нерастворимых соединений; в) в форме ионов. Распространение и биологическое значение химических элементов в живой природе связано с расположением элементов в периодической системе.

Распространение биоэлементов. На атомарном уровне различие в химическом элементарном составе неорганического и органического мира отсутствует, что свидетельствует о единстве происхождения всего живого из неживой природы. Соотношение же содержания биоэлементов в живой и неживой природе будет разным. В неживой природе преобладают кислород (63%), кремний (21,2%), Алюминий (6,5%), Натрий (2,4%), Кальций (1,9%), железа (1,9%), магний (1,8%), калий (1,4%). В живой природе преобладают водород (64%), кислород (25,6%), углерода (7,5%), азот (1,25%), фосфор (0,24%), серу (0,06%).

Биологическое значение биоэлементов. Биоэлементов по функциям, которые они выполняют, условно можно разделить на структурные, метаболические и каталитические. Структурная функция биоэлементов заключается в том, что они участвуют в построении неорганических и органических соединений. Метаболическая функция биоэлементов - они регулируют осмотические процессы, поддерживают pH внутренней среды, обеспечивают процессы возбуждения и торможения, осуществляющих процессы активного транспорта через мембраны и является гуморальными факторами деятельности тканей, органов. И каталитическую функцию биоэлементов определяет то, что они входят в состав ферментов и являются агентами, которые влияют на свойства ферментов. Основными группами биоэлементов за их содержанием в организмах является органогенные, макроэлементы, микроэлементы и ультрамикроэлементы.

БИОЛОГИЯ + Биоелементна медицина - это научно-практическое направление, которое изучает состав, содержание, связки и взаимодействие биоэлементов в организме человека в норме и при патологических состояний. Задачей этого направления в медицине является разработка способов профилактики нарушений биоелемснтного состава и его коррекции при временное или длительное поруииення биое- лементного состава организма ( избыток, недостаток, дисбаланс элементов ) , которое сопровождается определенными клиническими проявлениями. Примером такого заболевания является флюороз ( обусловленный избытком Фтора ) , сатурнизм ( обусловлен избытком Свинец ) и др.

Особенности и биологическое значение органогенов. Органогенами - это химические элементы, на долю которых приходится от 2 до 98% от массы тела. Хотя в составе живых организмов почти все химические элементы, основные свойства живого определяются именно органогенами. Наибольшее содержание в живой природе приходится на Карбон, кислород, водород и азот, которые располагаются в верхней части таблицы и являются типичными неметаллами. Они отличаются от других тем, что имеют малые размеры, малую относительную атомную массу и являются легкими элементами. Именно эти особенности и обуславливают их структурную функцию. Биологическое значение органогенов вызвано их уникальными, фундаментальными для жизни, свойствами: 1) легко и в разном порядке сочетаются между собой, образуя друг с другом прочные ковалентные связи, что обеспечивает устойчивую структуру биомолекул; 2) способны образовывать слабее ковалентная водородные связи, которые обусловливают возможность изменения структуры биомолекул и их взаимодействие между собой; 3) способны образовывать сравнительно небольшое число типов связи, что уменьшает количество необходимых для клетки каталитических систем; 4) имеют малые размеры, малую относительную атомную массу и являются легкими элементами, обусловливает возможность их использования в большом количестве для построения биомолекул; 5) в обычных условиях проявляют неметаллические свойства, что лежит в основе их структурной функции.

Какое же значение для организма элементов-органогенов?

Водород (Н). Доля его в живой природе составляет 64%. Входит в состав воды и молекул органических веществ, обеспечивает реакции восстановления. Организмы получают его благодаря расщеплению воды.

Кислород (О). В живой природе составляет 25,6%. Есть в составе молекул воды, всех биомолекул, обеспечивает реакции окисления. Организмы получают и выделяют его благодаря процессам газообмена.

Карбон (С). В живой природе - 7,5%. Участвует в образовании молекул всех органических веществ, а также оксидов, гидридов, карбонатов, которые образуются в результате жизнедеятельности организмов.

Азота (N). В живой природе - около 2%. Единственный элемент, который входит в состав всех молекул аминокислот, белков, нуклеиновых кислот, АТФ, ферментов, витаминов. Только этот элемент может поглощаться растениями в виде анионов и катионов. Выводится из организма в составе аммиака, мочевины, мочевой кислоты

БИОЛОГИЯ + водород - это самый простой и самый распространенный элемент во Вселенной, на долю которого приходится около 90% атомов. Среди элементов Земли - он девятый по распространению и составляет 0,76% массы планеты. Встречается в составе воды, угля, нефти, метана. Это единственный элемент, который является горючим газам. Название с греческого звучит как "тот, ицо порождает воду". Кислород - это самый распространенный элемент на Земле. В атмосфере - 21% по объему, в земной коре - 49% по массе, в гидросфере - 89% по массе. Это один из самых активных элементов-неметаллов. Название с греческого означает "ицо порождает кислоты". В переводе с греческого название "азот" означает "безжизненный", хотя без него жизнь не может существовать, а в переводе с латыни название "азот" звучит как "то, что порождает селитру». Азот является основной составной частью атмосферы Земли ( 78% по объему ) . По распространению Карбон на Земле занимает 16 место среди элементов и составляет около 0,027% массы земной коры. В несвязанном состоянии встречается в виде графита и алмазов, а в связанном - в составе горючих и осадочных пород и атмосферы, в которой на его долю приходится 0,046% массы. Название в переводе с латыни означает "уголь".

Особенности и биологическое значение макроэлементов. Макроэлементы - это химические элементы, на долю которых приходится от 0,1 до 2% массы тела. К макроэлементов относятся металлы - калий, кальций, натрий, магний, Ферум, и неметаллы - фосфор, хлор, серу. их масса несколько больше, но их внешний электронный слой имеет или требует для заполнения небольшое количество электронов. Эти особенности определяют их структурную и метаболическую функции. Основными особенностями макроэлементов, которые имеют значение для живого, являются: 1) обладают высокой способностью образовывать ионы, участвующих в образовании ионных связей и обусловливают существование ионных соединений, 2 ) некоторые могут иметь переменную валентность, благодаря чему их ионы используются в жизненных циклах для регулируемой передачи электронов; 3) большинство являются сильными восстановителями или окислителями, поэтому в составе биосистем достаточно часто участвуют в регуляции жизненных функций; 4) в обычных условиях проявляют металлические и неметаллические свойства.

Какое же значение для организма макроэлементов?

Натрий (Na). Содержится только в виде ионов. Обеспечивает транспорт веществ в клетку и из нее, регулировании сердечной деятельности, осуществлении процессов раздражительности организма животных. В жизнедеятельности большинства растений существенного значения не имеет. Способствует росту растений-галофитов.

Калий (К). Содержится только в виде ионов. Есть осмотически активным элементом, обеспечивает транспорт веществ в клетку и из нее, регулирует работу продихового аппарата растений, участвует в процессах раздражительности, регулирует сердечную деятельность и водный обмен организма животных и др.

Кальций (Са). В виде ионов участвует в регуляции ритма сердечной деятельности, свертывании крови, осуществлении мышечного сокращения, образовании желчи, обеспечивает движение компонентов клеток и самих клеток. В виде солей входит в состав костей и раковин животных, оболочек некоторых водорослей, межклеточного вещества и др.

Магний (Mg). В виде ионов активирует деятельность ферментов энергетического обмена и синтеза ДНК, поддерживает целостность рибосом, связывая РНК и белок. В составе хлорофилла участвует в фотосинтезе, а в виде солей входит в состав костей, зубов.

Железа (Fe). В составе гемоглобина и миоглобина обеспечивает транспорт газов, в составе ферментов (цитохромов, каталазы, фередоксину) забезбечуе переноса электронов в процессах дыхания и фотосинтеза. Является необходимым для образования хлорофилла.

Фосфор (Р). В виде фосфатов содержится в костной ткани животных и человека, входит в состав сложных белков-фосфопротеидив, нуклеиновых кислот, АТФ, фосфолипидов, коферментов НАДФ и тому подобное. В виде остатков ортофосфорной кислоты образует макроэргические связи. Для растений является вторым по важности (после азота) элементом минерального питания.

Хлор (Сl). У животных входит в состав соляной кислоты желудочного сока, в виде ионов участвует в регуляции осмотического давления плазмы крови, стимулирует процессы фотолиза воды у растений.

Серы (S). Участвует в серосодержащих аминокислот (метионина, цистеина, цистина), витаминов B1, Н и некоторых ферментов. В составе исходных соединений большое значение имеет для хемосинтезирующих и фотосинтезирующих бактерий. В питании растений занимает третье место после азота и фосфора.

Особенности и биологическое значение микроэлементов. Микроэлементы - это химические элементы, на долю которых приходится от 0,000001 до 0,1% от массы тела. Микроэлементами является Цинк, йод медь, марганец, молибден, кобальт и др. Эти химические элементы располагаются в нижних периодах таблицы и является в большинстве металлами с относительной атомной массой более 50 Поэтому их биологическая роль связана с их включением в состав веществ (дыхательных пигментов, витаминов, гормонов, ферментов), участвующих в регуляции жизненных процессов. Микроэлементы называют в науке "катализаторами катализаторов".

Какое же значение для организма основных микроэлементов?

Бор (В). У растений влияет на рост, процессы синтеза и преобразования углеводов. При недостатке отмирают проводящие ткани, верхушечные почки, цветы и завязь.

Фтор. (F). У животных входит в состав костей и эмали зубов. Его недостаток вызывает кариес, а избыток - пятнистую эмаль зубов. Является мощным ингибитором ферментов гликолиза.

Марганец (Мn). Определение активности ферментов-оксидаз, поэтому имеет большое значение для фотосинтеза, дыхания, роста, азотного обмена.

Кобальт (Со). У животных является составной витамина В12 (цианокобаламина), который регулирует кроветворение. У растений активно участвует в процессах азотфиксации, нуклеиновой обмена, оплодотворения.

Меди (Сu). Участвует в синтезе гемоглобина, входит в состав гемоцианин моллюсков. У растений есть в составе ферментов дыхания, фотосинтеза, фиксации азота, повышает устойчивость к засухе.

Цинк (Ζn). У животных является фактором роста, входит в состав фермента карбоангид- раза, который катализирует выделение СО2 из Н2СО3. У растений играет важную роль в синтезе фитогормонов, входит в состав некоторых ферментов.

Бром (Вr). Имеет успокаивающее действие на организм человека и животных, углубляя тормозные процессы в ЦНС.

Молибден (Мо). Влияет на деятельность устьиц, ростовых процессов, повышает устойчивость растений к грибковым заболеваниям. Уникальной способностью к его накоплению характеризуются бобовые растения.

Иод (I). У животных входит в состав гормонов щитовидной железы. Является мощным ингибитором ферментов гликолиза.

Ультрамикроэлементы - это химические элементы, содержание которых в клетках не превышает 0,000001%. Это свинец, Платина, Аргентум, Аурум и др. Физиологическая роль этих элементов в биосистемах еще недостаточно изучена. Например, известно, что врачи-гомеопаты успешно используют для профилактики атеросклероза препараты золота (в очень малых количествах), хотя механизм их действия абсолютно неизвестен.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >