СОСТАВ ЖИВОЙ МАТЕРИИ Биогенные, макро-, микро-и примесные элементы

Органические макромолекулы, синтезируемые живым организмом, называются биомолекулами. В качестве «сырья» для синтеза биомолекул используются либо «готовые» органические вещества, либо синтезируемые организмом. В состав биомолекул входят атомы тех же элементов, что и в состав неживой природы, но их содержание иное.

Поступление элементов в живой организм из окружающей среды обусловлено следующими факторами:

• 1) нахождением элемента в природе в доступной форме (обычно в виде водорастворимых солей);
• 2) способностью организма усваивать элемент;
• 3) способностью его накапливать.

В химии принято считать, что отбор элементов при формировании живых организмов сводится к отбору тех из них, которые способны к образованию прочных, но в то же время лабильных связей. Эти связи должны легко подвергаться гомолитическому или гетеролитическому разрыву, а также циклизации.

Состав живого организма можно разделить на вещественный (химические вещества) и элементарный (химические элементы) (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Состав живого организма.

Вещественный (химический) состав определяется набором химических веществ, из которых состоит организм (табл. 1.3).

В среднем химический состав определяется элементным составом, который можно вычислить по формуле IF, = mjm — массовая доля, где т, — масса /-го элемента, т — суммарная масса элементов.

В живых организмах обнаружено около 80 химических элементов, но достоверно известно о выполняемых в организмах функциях лишь 27 из них. Установление необходимости (эссенциальность) того или иного элемента для организма начинается с проведения элементного анализа, для чего обычно используются различные абсорбционные спектрометры.

Таблица 1.3

Вещественный (химический) состав живых организмов

По количественному содержанию в живом веществе элементы подразделяются на следующие группы:

• • органогенные (биофильные, биогенные) элементы, жизненно необходимые организму, концентрация каждого из которых превышает 1 %. Это С, Н, N, О. На их долю приходится 98 % элементарного состава всех живых организмов;
• • макроэлементы (необходимые элементы), без которых не может осуществляться нормальная жизнедеятельность организма (концентрация более 0,001%) — Na, К, Са, Cl, Р, S, Fe, Mg;
• • микроэлементы (диапазон концентраций 10 ³… 10″⁵ %) — Си, Zn, Со, Mn, I, F, Мо и другие (по Вернадскому — Си, Zn, Со, Mn, I);
• • примесные элементы, поступающие из окружающей среды и постепенно в нем откладывающиеся (В, Al, V, Mo, Si).

Иными словами, если массовая доля элемента в организме со, > > 0,001 %, то данный элемент относится к макроэлементам (органогенам), если со, < 0,001% - к микроэлементам.

В составе клеток человека содержатся: органогены: 0₂ — 65−75%; С — 15−18%; Н — 8−10%; N — 1,5−3%; макроэлементы: Mg, Na, Са, Fe, К, S, Р, С1 (суммарно = 4−5%); микроэлементы: Zn, Си, Со, I, F, Мп (суммарно ~ 0,1%).

Сходный элементарный состав имеют клетки большинства животных; отличается состав клеток лишь у растений и микроорганизмов.

Даже те элементы, которые в клетках содержатся в ничтожно малых количествах, ничем не могут быть заменены и совершенно необходимы для жизнедеятельности. Так, содержание йода в клетках не превышает 0,01%, однако при его недостатке, в частности, при употреблении бедных йодом пищевых продуктов, задерживается рост и развитие детей.

Мерой неорганических компонентов служит масса золы, образующейся от сжигания образца ткани при температуре, необходимой для превращения всех органических веществ в летучие компоненты.

Вещественный состав организма человека (%):

вода…60.

жиры (липиды)… 19.

белки … 15.

углеводы (сахара)… 0,4.

Основные компоненты организма:

Биохимические свойства органических соединений определяются химическими свойствами функциональных групп молекул, входящих в данное соединение.

Биохимические функции органических соединений:

I. Нуклеиновые кислоты Хранение и передача генетической информации.

II. Белки Продукты, а также «реализаторы» действия генов, ферменты (обладают каталитической активностью), структурные элементы организма.

III. Полисахариды Служат формой хранения «горючего» для жизнедеятельности, образуют внутриклеточные структурные компоненты.

IV. Липиды Главные структурные компоненты мембран, а также запасная форма «горючего».