Химические элементы в клетках живых организмов

Химический состав клетки

Для всего живого характерно избирательное отношение к окружающей среде. Из 110 элементов периодической системы Д. И. Менделеева в состав организмов входит более половины. Однако необходимых для жизни элементов, без которых живое не может обойтись, всего около 20.

Все эти элементы входят в состав неживой природы и земной коры, а также в состав живых организмов, но их процентное распределение в живых и неживых телах различно.

Элементный состав живой материи

Накоплением знаний о биомолекулах занимается молекулярная биология, развивающаяся в тесном контакте с биохимией. Биохимия изучает жизнь на уровне молекул и элементов.

Элементы живых систем делят на три группы в соответствии с их концентрацией в клетке.

Макроэлементы (греч. makrós — большой и лат. elemėntum — первоначальное вещество) — химические элементы, являющиеся основными компонентами всех живых организмов.

Их концентрация достигает в сумме 98 — 99%.

Все макроэлементы разделяют на 2 группы.

Роль макроэлементов I и II групп

Макроэлементы I группыМакроэлементы II группыO, C, H и NP, S, K, Mg, Na, Ca, Fe и Cl

Главные компоненты всех живых организмов (98% массы)	Обязательные компоненты всех живых организмов (0,01 — 0,9% массы)
Входят в состав подавляющего большинства органических и неорганических веществ клетки. В частности, все углеводы и липиды состоят из O, C, H, белки и нуклеиновые кислоты — из O, C, H и N	Входят в состав многих неорганических и органических соединений клетки, в том числе ферментов и др.
Поступают в живые организмы из атмосферы, с водой и пищей	Поступают в организмы растений в составе ионов солей, в организмы животных — с пищей

Биоэлементы (греч. bios — жизнь и лат. elemėntum — первоначальное вещество), или органогены (лат. organum — инструмент, орудие и греч. genesis — происхождение), — макроэлементы, составляющие основу большинства органических молекул. 

Это кислород, водород, углерод, азот, фосфор и сера. 

Содержание биоэлементов в клетке

Элемент Содержание в клетке, % от массы

Кислород (О)	65,00 — 75,00
Углерод (С)	15,00 — 18,00
Водород (Н)	8,00 — 10,00
Азот (N)	1,00 — 3,00
Фосфор (P)	0,20 — 1,00
Сера (S)	0,15 — 0,20

Микроэлементы (греч. mikrós — малый и лат. elemėntum — первоначальное вещество) — химические элементы, содержащиеся в организмах в низких концентрациях (обычно тысячные доли процента и ниже), но крайне необходимые для нормальной жизнедеятельности. Это алюминий, медь, марганец, цинк, молибден, кобальт, никель, иод, селен, бром, фтор, бор и некоторые другие.

Микроэлементы входят в состав разнообразных биологически активных соединений: ферментов (например, Zn, Cu, Mn, Mo; всего известно около 200 металлоферментов), витаминов (Со — в состав витамина B12), гормонов (I — в тироксин, Zn и Со — в инсулин), дыхательных пигментов (Cu — в гемоцианин). Микроэлементы влияют на рост, размножение, кроветворение и т. д.

• Кобальт входит в состав витамина В12 и принимает участие в синтезе гемоглобина, его недостаток приводит к анемии.
• 
• 1 — кобальт в природе; 2 — структурная формула витамина В12; 3 — эритроциты здорового человека и эритроциты больного анемией
• Молибден в составе ферментов участвует в фиксации азота у бактерий и обеспечивает работу устьичного аппарата у растений.
• 
• 1 — молибденит (минерал, содержащий молибден); 2 — азотфиксирующие бактерии; 3 — устьичный аппарат
• Медь является компонентом фермента, участвующего в синтезе меланина (пигмента кожи), влияет на рост и размножение растений, на процессы кроветворения у животных организмов.
• 
• 1 — медь; 2 — частицы меланина в клетках кожи; 3 — рост и развитие растения
• Йод у всех позвоночных животных входит в состав гормона щитовидной железы — тироксина.
• 
• 1 — йод; 2 — внешний вид щитовидной железы; 3 — клетки щитовидной железы, синтезирующие тироксин
• Бор влияет на ростовые процессы у растений, его недостаток приводит к отмиранию верхушечных почек, цветков и завязей.
• 
• 1 — бор в природе; 2 — пространственная структура бора; 3 — верхушечная почка
• Цинк входит в состав гормона поджелудочной железы — инсулина, а также действует на рост животных и растений.
• 
• 1 — пространственная структура инсулина; 2 — поджелудочная железа; 3 — рост и развитие животных
• В организмы растений и микроорганизмов микроэлементы поступают из почвы и воды; в организмы животных и человека — с пищей, в составе природных вод и с воздухом.
• Организмы, способные накапливать определенные микроэлементы, называют организмами-концентраторамии. 

Морские водоросли, например, фукус и ламинария, могут накапливать в организмах до 1% йода. Именно водоросли используют для промышленного получения этого микроэлемента. 

Концентраторами меди являются осьминоги, каракатицы, устрицы и некоторые другие моллюски. В их крови медь, входящая в состав дыхательного пигмента — гемоцианина, — играет ту же роль, что железо в крови человека. 

Растения из семейства Лютиковые (лютик, водосбор, купальница и др.) способны накапливать литий.

Хвощ является рекордсменом среди растений по содержанию кремния. Так, в сухом веществе хвоща полевого содержится 9% кремнезема, а в золе до 96%. В больших количествах кремний концентрируют морские организмы — диатомовые водоросли, радиолярии, губки. Из кремнезема построены их скелетные элементы — панцири простейших и скелеты некоторых губок.

Недостаток или избыток микроэлементов приводят к нарушению обмена веществ и ведут к заболеваниям человека и животных — биогеохимическим эндемиям.

Ультрамикроэлементы (лат. ultra — сверх, за пределами; греч. mikrós — малый и лат. elemėntum — первоначальное вещество) — химические элементы, содержащиеся в организмах в ничтожно малых концентрациях. К ним относят золото, бериллий, серебро и некоторые другие элементы. 

1. Их физиологическая роль в живых организмах пока до конца не установлена.

Источник: http://biolicey2vrn.ru/index/khimicheskij_sostav_kletki/0-762

Основные структурные и химические элементы клетки

Подобность элементарного химического состава клеток всех организмов свидетельствует о единстве живой природы. Вместе с тем нет ни одного химического элемента живых организмов, которые не встречались бы в телах неживой природы. Этим подтверждается единство неживой и живой природы.

Наибольшее процентное содержание в клетке составляют четыре элемента:

• кислород (65 – 70%),
• углерод (15 – 18%),
• водород (8 – 10%),
• азот (2 – 3%).

Это органогенные элементы.

В целом они составляют 95 – 98% общей массы живого организма.

Такие элементы, как кальций, калий, фосфор, сера, силиций, натрий, хлор, магний, железо составляют в живом организме десятые доли процента. Перечисленные элементы относятся к макроэлементам.

Кобальт, цинк, медь, марганец, хром, бром, бром, йод, литий, радий содержатся в очень малых количествах, меньших за 0,01%. Их называют микроэлементами.

Важность того или другого химического элемента для живых существ не определяется его количеством.

Ряд микроэлементов входят в состав ферментов, гормонов и других жизненно важных соединений, которые влияют на процессы размножения, кровообразования и др.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Пример 1

Цинк входит в состав молекулы инсулина; кобальт – в состав цианокобаламина (витамин В12) и т. п.

Все живые организмы резко отличаются от окружающей неорганической природы по количественному составу химических элементов.

Пример 2

Углерода в растениях содержится около 18%, а в почве – меньше 1%, а кремния, наоборот, в растениях – 0,15%, а в почве – 33%.

Замечание 1

Большое содержание углерода в составе живых организмов определяется наличием в них углеродосодержащих соединений, которые называются органическими.

В некоторых живых организмах накопляются определённые химические элементы.

Пример 3

В водорослях накопляется йод, в лютиковых – литий, а в болотной ряске – радий и т. п.

Вода и другие неорганические вещества, их роль в жизнедеятельности клетки

Из неорганических соединений в клетке больше всего воды.

Чем выше интенсивность обмена веществ в той или иной ткани, тем больше она содержит воды.

Пример 4

В эмбрионе человека в возрасте 1,5 месяцев вода составляет 97,5%, у восьмимесячного – 83, у новорождённого ребёнка – 74, у взрослого человека в среднем 66%.

Содержание воды у человека в разных органах и тканях тоже разное.

Пример 5

Мозг взрослого человека содержит 86% воды, печень – 70, кости – 20% воды.

С возрастом её содержание в тканях уменьшается.

Вода выполняет в клетках много функций:

• сохранение объёма,
• упругость клетки,
• растворение различных химических веществ.

Кроме того, вода – это та среда, в которой происходят все химические процессы. Она непосредственно берёт участие во всех химических реакциях: жиры, углеводы и другие органические соединения расщепляются в результате химического взаимодействия их с водой.

Благодаря высокой теплоёмкости вода оберегает цитоплазму от резких колебаний температуры и способствует терморегуляции клеток и организма.

Часть молекул воды (около 15%) в клетках находится в связанном состоянии с белковыми молекулами. Они изолируют молекулы белка друг от друга в коллоидных растворах.

Минеральные соли в большом количестве содержатся в клетках опорных органов – хитиновых панцирей, черепашек моллюсков, костей. В цитоплазме других клеток большая часть солей содержится в диссоциированном состоянии в виде катионов и анионов – калия, натрия, кальция, хлора и др.

Содержание в клетке катионов имеет важное значение для её функционирования.

Поступление воды в клетку зависит от концентрации солей, потому что клеточная мембрана проницаема для молекул воды и непроницаема для многих больших молекул и ионов.

Если в окружающей среде содержится меньшее количество ионов, чем в цитоплазме клетки, то вода поступает в клетку до выравнивания концентрации солей (осмос).

Наличие солей в цитоплазме определяет её буферные свойства – способность поддерживать рН на постоянном уровне (близко к нейтральной реакции), несмотря на то, что в процессе обмена веществ непрерывно образуются кислые и щелочные продукты.

Строение и биологические функции органических веществ, входящих в состав клетки

Различные клетки могут очень отличаться по содержанию органических веществ.

Замечание 2

В перерасчёте на сухую массу в клетках содержится липидов – 5-15%, белков около 10-12, углеводов – 0,2-2, нуклеиновых кислот – 1-2% массы клетки.

Большинство органических соединений имеют длинные молекулы (полимеры), состоящие из цепи более простых молекул (однородные или разнородные мономеры).

Углеводы в большом количестве содержатся в растительных клетках. В некоторых плодах, семенах, клубнях количество их иногда достигает 90%.

В животных клетках углеводов значительно меньше – до 5%.

Простые углеводы называются моносахаридами, сложные – полисахаридами.

Из моносахаридов в организмах встречаются пентозы (имеют 5 атомов углерода) и гексозы (6 атомов углерода). Среди пентоз наиболее важны рибоза (составляющая РНК) и дезоксирибоза (составляющая ДНК).

Среди гексоз – глюкоза и фруктоза: их много содержится в плодах растений и в мёде, чем обуславливается их сладкий вкус. Глюкоза содержится и в крови человека (около 0,12%).

Этот углевод – основной энергетический материал обмена веществ для всех клеток.

В результате полимеризации двух или нескольких моносахаридов образуются полисахариды.

Среди дисахаридов наиболее распространены сахароза (состоит из молекул глюкозы и фруктозы) и лактоза, или молочный сахар (состоит из молекул глюкозы и галактозы).

Из полимеров в природе чаще всего крахмал, целлюлоза (клетчатка; у растений) и гликоген (у животных). Общая формула их – (С6Н10О5)n, а мономером этих полисахаридов является глюкоза.

Пример 6

Каждая клетка клетчатки (целлюлозы) образована цепью из 150 – 200 молекул глюкозы.

Углеводы – своеобразное «топливо» для живой клетки: окисляясь, они освобождают химическую энергию (1 г – 17,6 кДж), которая используется клеткой на все процессы жизнедеятельности. У растений углеводы выполняют и строительные функции: из них образуются оболочки клеток.

Липиды – это низкомолекулярные вещества с гидрофобными свойствами. Вместе с белками и углеводами это основные компоненты всех видов клеток. В различных органах и тканях содержание липидов неодинаково. Особенно много их в нервной ткани, сердце, печени, почках, крови, семенах и плодах некоторых растений.

По химическому строению липиды достаточно разнообразны. В их состав входят высшие жирные кислоты, спирты, альдегиды, азотистые основания, аминокислоты, аминоспирты, углеводы, фосфорная кислота и др. Между этими соединениями могут образовываться связи: эфирные, сложноэфирные, гликозидные, амидные, фосфоэфирные и т. п.

Нейтральные липиды – это производные высших жирных кислот и трёхатомного спирта глицерина. Как и углеводы, жиры используются как источник энергии: при расщеплении одного грамма жира выделяется 38,9 кДж энергии.

Подкожный жир играет важную теплоизоляционную роль для многих животных. У животных, впадающих в спячку, жиры обеспечивают организм необходимой энергией, поскольку питательные вещества извне в это время не поступаю. Основной запас питательных веществ жиры составляют и в семенах многих растений.

Фосфолипиды – наибольшая часть липидов, которые входят в состав мембран. Если в среднем на липиды приходится 40% сухой массы мембран, то из них: 80% — на фосфолипиды.

Отсюда понятно, что основные функции мембран (регулирование проницательности различных веществ и клеточного содержимого, функционирование ионных насосов, восприятие, обработка и передача внутрь клетки информации с её поверхности, иммунный ответ, синтез белков и много другого) осуществляются с участием фосфолипидов.

Замечание 3

Именно липиды являются растворителями некоторых жирорастворимых витаминов, поскольку сами не растворяются в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях.

Белки, или протеины, составляют 50 – 80% всех органических веществ клетки, они входят в состав межклеточной жидкости, лимфы, плазмы крови. Все белки – полимеры, мономерами которых являются аминокислоты. В состав белков входит приблизительно 20 различных аминокислот.

Значение белков достаточно велико, потому что жизнь всегда связана с белками. Белки входят в состав всех органоидов и мембран клетки составляя главный структурный материал.

Очень важна двигательная функция белков. Комплексы из молекул некоторых белков (например, актина и миозина) способны к сокращению. Благодаря этой способности белков осуществляется сокращение мышц, движение ресничек и жгутиков, перемещение хромосом в клетке и т.п.

Некоторые белки выполняют в организме сигнальные функции. С ними связана раздражительность клеток и организмов.

В конце концов, белки являются источником энергии. В процессе расщепления белковой молекулы на отдельные аминокислоты часть их может использоваться для биосинтеза новых молекул белка, а часть расщепляется окончательно, освобождая энергию. При полном расщеплении 1 г белка освобождается 17,6 кДж энергии.

Огромное значение имеют белки как биокатализаторы, или ферменты.

Молекулы одних ферментов состоят только из белков, а другие могут функционировать лишь при наличии в молекуле двух компонентов – белкового (апофермента) и небелкового (кофермента). Коферментами могут быть различные органические вещества, в частности и витамины.

Ни одна реакция в клетке не может происходить с нормальной скоростью без участия ферментов как биологических катализаторов.

При классификации ферментов учитываются как специфика их действия на субстрат, так и химические реакции.

Различают ферменты – липазы (расщепляют липиды), амилазы (расщепляют углеводы), пептидазы (расщепляют белки), а также ферменты окислительно–восстановительных реакций, реакций гидролиза и синтеза, реакций перенесения, присоединения или отщепления определённых органических соединений. Сегодня составлен каталог ферментов, в котором каждый из них имеет свой номер и систематическое название.

Пример 7

Пепсин по номенклатуре ферментов обозначается – 3.4.4.1 (пептид-пептидогидролаза), а липаза – 3.1.1.3 (гидролаза эфиров глицерина).

Выборочность действия ферментов на различные химические вещества связана с их строением. Молекулы всех ферментов имеют один или несколько активных центров, которыми они прикрепляются к тем веществам, на которые способны действовать. Потому действие ферментов всегда специфично.

Пример 8

Два пищеварительных фермента – пепсин и трипсин – участвуют в расщеплении молекул белков до небольших фрагментов, но каждый из них действует по-разному. Пепсин разрушает связи аминокислоты тирозина, а трипсин – аминокислот аргинина и лизина, причём первый действует на аминогруппы, а второй – на карбоксильные группы аминокислот.

Обычно ферменты катализируют много последовательных реакций, причём вещества, возникщие с участием первого фермента, служат субстратом для другого и т.п.

В зависимости от наличия комплекса ферментов у различных видов организмов и в различных органах обмен веществ происходит по-разному.

Для функционирования каждого фермента необходимы оптимальные температура и реакция среды, поскольку одни активны в нейтральной (ферменты слюны), другие – в кислой (ферменты желудочного сока) или щелочной (ферменты поджелудочной железы) среде. При нагревании выше 60 градусов многие ферменты инактивируются (происходит денатурация белка).

Нуклеиновые кислоты (лат. nucleus – ядро) были впервые обнаружены и выделены из ядер клеток. Существует два вида нуклеиновых кислот – дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК). Основная часть ДНК сосредоточена в хромосомах клетки и лишь небольшое её количество содержится в митохондриях и пластидах. РНК содержится в ядрышках, а также в цитоплазме.

Источник: https://spravochnick.ru/biologiya/citologiya_-_nauka_o_stroenii_i_funkcii_kletok/osnovnye_strukturnye_i_himicheskie_elementy_kletki/

Урок 3. химический состав клетки. неорганические молекулы живого вещества — Биология — 9 класс — Российская электронная школа

Урок Конспект Дополнительные материалы Клетки живых организмов состоят из разных химических элементов.Из известных на данный момент 118 химических элементов в состав живых клеток обязательно входят 24 элемента. Эти элементы образуют с водой легкорастворимые соединения.

Они содержатся и в объектах неживой природы, но соотношение этих элементов в живом и неживом веществе различается (рис. 1). Относительное содержание химических элементов в земной коре и организме человека.

В неживой природе преобладающими элементами являются кислород, кремний, алюминий и натрий.

В живых организмах преобладающими элементами являются водород, кислород, углерод и азот. Кроме этого выделяют ещё два важных для живых организмов элемента, а именно: фосфор и серу.

Шесть элементов, а именно углерод, водород, азот, кислород, фосфор и сера (C, H, N, O, P, S), называют органогенными, или биогенными элементами, так как именно они входят в состав органических соединений, а элементы кислород и водород, кроме того, образуют молекулы воды.

На долю соединений биогенных элементов приходится 98% от массы любой клетки.Около 2% от массы клеток приходится на следующие элементы: калий, натрий, кальций, хлор, магний, железо. Остальные химические элементы содержатся в клетке в значительно меньшем количестве.

Таким образом, все химические элементы по содержанию в живом организме делятся на три большие группы.

Элементы, количество которых составляет до 10-2 % от массы тела – это макроэлементы.

Те элементы, на долю которых приходит от 10-2 до10-6 – микроэлементы.Элементы, содержание которых не превышает 10-6 % массы тела – ультрамикроэлементы. Химические элементы в живом организме

Русский и украинский ученый В. И.

Например, большое количество микроэлементов накапливается в печени, в костной и мышечной ткани.

Химические элементы образуют неорганические и органические вещества.

Неорганические вещества в организмах: вода и минеральные вещества (ионы солей; катионы: калий, натрий, кальций и магний; анионы: хлор, сульфат анион, гидрокарбонат анион).

Органические вещества: мономеры (моносахариды, аминокислоты, нуклеотиды, жирные кислоты и липиды) и полимеры (полисахариды, белки, нуклеиновые кислоты). Классификация веществИз неорганических веществ, в клетке больше всего воды (от 40 до 95%), среди органических соединений в клетках животных преобладают белки (10-20%), а в клетках растений – полисахариды (клеточная стенка состоит из целлюлозы, а основное запасное питательные вещество растений – крахмал).

Элементы-органогены играют важную биологическую роль в жизнедеятельности живых организмов. Элемент углерод входит в состав всех органических веществ, их основу составляет углеродный скелет. Элемент кислород входит в состав воды и органических веществ.

Элемент водород тоже входит в состав всех органических веществ и воды. Азот входит в состав белков, нуклеиновых кислот и их мономеров (аминокислот и нуклеотидов). Сера входит в состав серосодержащих аминокислот, выполняет функцию агента переноса энергии.

Фосфор входит в состав АТФ, нуклеотидов и нуклеиновых кислот, минеральные соли фосфора – компонент эмали зубов, костной и хрящевой тканей.

Значение элементов – органогенов

Вода является одним из самых распространенных веществ на нашей планете. Для многих живых организмов вода важна вдвойне, т.к. она не только входит в состав их клеток, но и является средой обитания и средой для физиологических и биохимических процессов. Также вода является источником кислорода, необходимого живым организмам для дыхания.

Вода, как среда обитания. Вода имеет ряд свойств, исключительно важных для живых организмов. Уникальные свойства воды определяются структурой её молекулы. Молекула воды состоит из атома кислорода и двух атомов водорода. Атом кислорода как более электроотрицательный, чем атомы водорода, оттягивает электронную плотность на себя.

В результате она смещается в его сторону, и на атомах водорода возникает частично положительный заряд, а на атоме кислорода частично отрицательный заряд, в результате этого образуется угол (рис. 7), один конец несет положительный заряд, а другой – отрицательный. Поэтому молекулу воды называют диполем, или полярной молекулой.

Распределение заряда в молекуле воды

Частичный положительный заряд атома водорода одной молекулы взаимодействует с частичным отрицательным зарядом атома кислорода другой молекулы. Между ними возникает электростатическое взаимодействие, и образуются водородные связи.

Водородные связи слабые, но в воде их достаточно много, поэтому уникальные свойства воды как раз и определяется наличием водородных связей в воде.

Схема образования водородной связи между разноименно заряженными атомами в двух молекулах водыУчитывая данную способность воды, рассмотрим те физико-химические свойства воды, которые важны с биологической точки зрения.

Вода — универсальный растворитель. Она превосходный растворитель для полярных соединений.

К ним относятся ионные соединения, такие как соли, у которых заряженные частицы, ионы, диссоциируют, то есть отделяются друг от друга в воде, когда вещество растворяется.

Растворение вещества с ионной кристаллической решеткой и белков в воде. Образование гидратированных ионов.

Вода обладает большой теплоёмкостью — процесс поглощения большого количество теплоты при минимальном повышении собственной температуры. Большая теплоёмкость воды защищает организмы от перегрева и создает условия для протекания биохимических реакций в организме.

Вода практически не сжимается, определяя объем и упругость клеток и тканей. Например, наша кожа упруга, а у круглых червей и медуз имеется гидростатический скелет. Вода характеризуется большим поверхностным натяжением, что связано с образованием водородных связей между молекулами воды и другими соединениями.

Многие мелкие организмы извлекают для себя пользу из этого поверхностного натяжения, оно позволяет им удерживаться на воде или скользить по её поверхности.

Использование поверхностного натяжения живыми организмами. Водомерка бежит по воде (слева). Кровь движется по капилляру (справа).Важные физико-химические свойства воды

Минеральные вещества составляют от 1 до 1,5% от сырой массы клетки, и находятся в клетке в виде солей диссоциированных на ионы, либо в твердом состоянии.

Химический состав клеток живых организмов

В живых организмах содержаться: катионы – калий, натрий, магний и кальций (обеспечивают раздражимость, обуславливают сцепление клеток между собой) и анионы – хлорид анион, гидрокарбонат анион, гидрофосфат анион, дигидрофосфат анион, карбонат анион, фосфат анион и нитрат анион (обеспечивают буферность (поддерживают рН среды на постоянном уровне).

Минеральные соли	На что влияют
В виде катионов Na+, K+, Ca+, Mg+	Обеспечивают раздражимость, обуславливают сцепление клеток между собой
В виде анионовHPO42-, H2PO4-, Cl-, PO43-, CO32-, HCO3- и др.	Обеспечивают буферность (поддерживают рН среды на постоянном уровне)

Список литературы:

Источник: https://resh.edu.ru/subject/lesson/1583/main/

Химические элементы живых организмов

☰

Несмотря на то, что в живых организмах обнаружено большинство существующих химических элементов, их соотношение сильно отличается от неживой природы. Это отличие является общим для всех форм жизни на Земле, что говорит либо об универсальности проявления жизни, либо о единстве происхождения всех организмов.

Различные химические элементы, составляющие живые организмы, находятся в них не в равных соотношениях. Одних элементов по массе намного больше, чем других. Атомы углерода способны образовывать длинные цепи, что легло в основу химии жизни. Благодаря углеродным цепям могут существовать сложные молекулы. Такие молекулы являются отличительным признаком жизни.

Кроме углерода в организмах много водорода, кислорода и азота. Эти четыре элемента относят к макроэлементам первой группы. Эти элементы составляют таких важнейшие для жизни молекулы как нуклеиновые кислоты, белки, углеводы и жиры. Доля макроэлементов первой группы — около 98% от массы.

К макроэлементам второй группы относятся фосфор, сера, калий, магний, натрий, кальций, железо, хлор.

Несмотря на то, что их содержание в организмах составляет десятые или сотые доли процентов, они являются крайне необходимыми. Так в состав нуклеиновых кислот входит фосфор, а в состав белков — сера.

Натрий, калий, хлор участвуют в проведении импульсов в нервной ткани. Железо входит в состав гемоглобина. Магний входит в состав хлорофилла. И т. д.

Поскольку фосфор и сера непосредственно входят в состав органических молекул, то их объединяют с макроэлементами первой группы в так называемую группу биоэлементов.

Микроэлементы содержатся в организмах в очень малых количествах. Этих элементов достаточно много и их роль весьма разнообразна. Недостаток микроэлементов может приводить к серьезным заболеваниям.

Многие микроэлементы входят в состав ферментов, гормонов и витаминов. Следовательно, они влияют на обмен веществ. Так йод входит в состав гормона щитовидной железы, цинк оказывает влияние на рост, входит в состав гормона инсулина, кобальт входит в состав витамина B12.

По необходимости тех или иных микроэлементов и их роли растения и животные несколько отличаются, т. к. их обмены веществ имеют ряд существенных отличий.

Также в живых организмах обнаружены некоторые элементы в чрезвычайно малых количествах и их роль не выяснена. Такие элементы относят к группе ультрамикроэлементов (золото, серебро и др).

plustilino © 2019. All Rights Reserved

Источник: https://scienceland.info/biology10/elements

Химические элементы клетки

Клетки живых организмов по своему химическому составу значительно отличаются от окружающей их неживой среды и по структуре химических соединений, и по набору и содержанию химических элементов.

Всего в живых организмах присутствует (обнаружено на сегодняшний день) около 90 химических элементов, которые, в зависимости от их содержания, разделяют на 3 основных группы: макроэлементы, микроэлементы и ультрамикроэлементы.

Макроэлементы

Макроэлементы в значительных количествах представлены в живых организмах, начиная от сотых долей процента до десятков процентов. Если содержание какого-либо химического вещества в организме превышает 0.005% от массы тела, такое вещество относят к макроэлементам.

Они входят в состав основных тканей: крови, костей и мышц. К ним относятся, например, следующие химические элементы: водород, кислород, углерод, азот, фосфор, сера, натрий, кальций, калий, хлор.

Макроэлементы в сумме составляют около 99% от массы живых клеток, причем большая часть (98%) приходится именно на водород, кислород, углерод и азот.

В таблице ниже представлены основные макроэлементы в организме:

Элемент	Символ
Главные макроэлементы (99.3 % всех атомов)
Водород	H (63%)
Кислород	O (26%)
Углерод	C (9%)
Азот	N (1 %)
Другие макроэлементы (0.7 % всех атомов)
Кальций	Ca
Фосфор	P
Калий	K
Сера	S
Натрий	Na
Хлор	Cl
Магний	Mg

Для всех четырех самых распространенных в живых организмах элементов (это водород, кислород, углерод, азот, как было сказано ранее) характерно одно общее свойство. Этим элементам не хватает одного или нескольких электронов на внешней орбите для образования стабильных электронных связей.

Так, атому водорода для образования стабильной электронной связи не хватает одного электрона на внешней орбите, атомам кислорода, азота и углерода — двух, трех и четырех электронов соответственно.

В связи с этим, эти химические элементы легко образуют ковалентные связи за счет спаривания электронов, и могут легко взаимодействовать друг с другом, заполняя свои внешние электронные оболочки. Кроме этого, кислород, углерод и азот могут образовывать не только одинарные, но и двойные связи.

В результате чего существенно увеличивается количество химических соединений, которые могут образовываться из этих элементов.

Кроме того, углерод, водород и кислород — наиболее легкие среди элементов, способных образовывать ковалентные связи. Поэтому они оказались наиболее подходящими для образования соединений, входящих в состав живой материи.

Необходимо отметить отдельно еще одно важное свойство атомов углерода — способность образовывать ковалентные связи сразу с четырьмя другими атомами углерода.

Благодаря этой способности создаются каркасы из огромного количества разнообразных органических молекул.

Микроэлементы

Хотя содержание микроэлементов не превышает 0,005% для каждого отдельного элемента, а в сумме они составляют всего лишь около 1% массы клеток, микроэлементы необходимы для жизнедеятельности организмов.

При их отсутствии или недостаточном содержании могут возникать различные заболевания. Многие микроэлементы входят в состав небелковых групп ферментов и необходимы для осуществления их каталитической функции.

Например, железо является составной частью гема, который входит в состав цитохромов, являющихся компонентами цепи переноса электронов, и гемоглобина — белка, который обеспечивает транспорт кислорода от легких к тканям. Дефицит железа в организме человека вызывает развитие анемии.

Примеры микроэлементов представлены в таблице ниже:

Элемент	Символ
Микроэлементы (менее 0.01% всех атомов)
Железо	Fe
Йод	I
Медь	Cu
Цинк	Zn
Марганец	Mn
Кобальт	Co
Хром	Cr
Селен	Se
Молибден	Mo
Фтор	F
Олово	Sn
Кремний	Si
Ванадий	V

Ультрамикроэлементы

В состав группы ультрамикроэлементов входят элементы, содержание которых в организме крайне мало (менее 10-12 %). К ним относятся бром, золото, селен, серебро, ванадий и многие другие элементы.

Большинство из них также необходимы для нормального функционирования живых организмов. Например, нехватка селена может привести к возникновению раковых заболеваний, а недостаток бора — причина некоторых заболеваний у растений.

Многие элементы этой группы также, как и микроэлементы, входят в состав ферментов.

Перейти к оглавлению.

Источник: https://www.studentguru.ru/chemicals.html