Біогенні елементи. Биогенная класифікація хімічних елементів
Організм живих істот полягає не просто з молекул і атомів, а з сукупності таких елементів, які дозволяють йому здійснювати гармонійно і злагоджено всі процеси життєдіяльності. Саме завдяки таким структурам, як біогенні елементи, людина, рослини, тварини, гриби і бактерії можуть рухатися, дихати, харчуватися, розмножуватися і взагалі жити. Всі вони мають свої осередки в загальній хімічній системі Менделєєва.
Біогенні елементи - це які?
В цілому слід зауважити, що з відомих 118 елементів на сьогоднішній день точна роль і значення в організмі живих істот визначені у порівняно небагатьох. Хоча експериментальні дані дозволили встановити, що кожна клітина людини містить приблизно 50 хімічних елементів. Саме вони і отримали назву біогенних, або біофільние.
Звичайно, більшість з них ретельно вивчені, розглянуті всі варіанти їх впливу на здоров'я і стан людини (як при надлишку, так і при недоліку). Однак зберігається деяка частка речовин, роль яких до кінця не зрозуміла. Це має бути ще встановити.
Класифікація біофільние елементів
Біогенні елементи можна розділити на три групи за кількісним змістом та значенням для живих систем.
- Макробіогенние - ті, з яких побудовані всі життєво важливі сполуки: білки, нуклеїнові кислоти, вуглеводи, ліпіди та інші. Це основні біогенні елементи, до них відносяться вуглець, водень, кисень, сірка, натрій, хлор, магній, кальцій, фосфор, азот, калій. Їх вміст в організмі максимально по відношенню до інших.
- Мікробіогенние - що містяться в меншій кількості, але які відіграють дуже велику роль у підтримці нормального рівня життєдіяльності, здійсненні безлічі процесів і збереженні здоров'я. У цю групу входять марганець, селен, фтор, ванадій, залізо, цинк, йод, рутеній, нікель, хром, мідь, германій.
- Ультрамікробіогенние. Яка роль, яку відіграють в організмі ці біогенні хімічні елементи, поки не з'ясовано. Проте вважається, що вони також важливі і повинні підтримуватися в постійному балансі.
Дана класифікація біогенних елементів відображає значимість тієї чи іншої речовини. Однак існує й інша, яка розділяє всі наявні в організмі з'єднання на метали і неметали. Таблиця хімічних елементів знаходить відображення в живих системах, що ще раз підкреслює, наскільки все взаємопов'язане.
Характеристика та значення макроелементів
Якщо розібратися в будові білкових молекул, то нескладно зрозуміти, наскільки важливі біогенні елементи групи макроелементів. Адже до складу їх входять:
- вуглець;
- кисень;
- водень;
- азот;
- іноді сірка.
Тобто всі перераховані речовини, які ми назвали, є життєво необхідними. Це цілком виправдано, адже не дарма ж білки називають основою життя.
Хімія біогенних елементів грає в цьому не останню роль. Адже, наприклад, саме завдяки хімічним особливостям вуглецю він здатний з'єднуватися з однойменними атомами, формуючи величезні макроланцюга - основу всіх органічних сполук, а значить, життя. Якби не здатність водню формувати водневі зв'язки між молекулами, то навряд чи змогли б існувати білки і нуклеїнові кислоти. Без них не було б і живих істот.
Кисень як один з найголовніших елементів не тільки входить до складу самого головного речовини на планеті - води, але і володіє сильною електронегативні. Це дозволяє йому брати участь у багатьох взаємодіях, у тому числі утворювати водневі зв'язки.
Про значення води говорити, напевно, немає необхідності. Кожна дитина знає про її важливість. Вона - розчинник, середовище для протікання біохімічних реакцій, основний компонент цитоплазми клітин і так далі. Її біогенними елементами є всі ті ж водень і кисень, про які вже згадувалося раніше.
Елемент № 20 в таблиці
Кальцій входить до складу кісток людини і тварин, є важливою складовою частиною зубної емалі. Він же бере участь у багатьох біологічних процесах всередині організму:
- екзоцитоз;
- згортання крові;
- скорочення м'язових волокон;
- вироблення гормонів.
Крім того, утворює зовнішній скелет багатьох безхребетних і морських мешканців. Потреба в цьому елементі збільшується з віком, а після досягнення 20 років знижується.
Значення натрію і калію
Ці два елементи дуже важливі для правильної та злагодженої роботи мембран клітин, а також натрій-калієвого насоса серця. Багато препаратів від хвороб серцево-судинної системи містять саме ці речовини. Крім того, ці ж елементи:
- підтримують осмотичний тиск у клітині;
- регулюють рН середовища;
- входять до складу плазми крові, лімфатичних рідин;
- утримують воду в тканинах;
- сприяють передачі нервових імпульсів і так далі.
Процеси життєво важливі, тому переоцінити значення цих макроелементів складно.
Магній і фосфор
Таблиця хімічних елементів розмістила ці дві речовини досить далеко один від одного через різницю у властивостях, як фізичних, так і хімічних. Біологічна роль також різниться, проте є у них і дещо спільне - важливе значення в житті живих істот.
Магній виконує такі функції:
- бере участь у розщепленні макромолекул, яке супроводжується виділенням енергії;
- бере участь у передачі нервових імпульсів і в регуляції серцевої діяльності;
- є активним компонентом для нормальної роботи кишечника;
- входить до складу речовин, керуючих діяльністю гладкої мускулатури, і так далі.
Це не всі функції, але основні.
Фосфор ж, у свою чергу, відіграє наступну роль:
- входить до складу великого числа макромолекул (фосфоліпіди, ферменти та інші);
- є компонентом найважливіших енергетичних запасів організму - молекул АТФ і АДФ;
- управляє рН розчинів, є буфером в організмі;
- входить до складу кісток і зубів як один з основних будівельних елементів.
Таким чином, макроелементи - важлива частина здоров'я людини та інших істот, їх основа, початок всього живого на планеті.
Основні особливості мікроелементів
Біогенні елементи, які відносяться до цієї групи, відрізняються тим, що потреба організму в них менше, ніж у представниках попередньої групи. Приблизно 100 мг на день, але не більше 150 мг. Всього їх налічується близько 30 різновидів. При цьому всі вони знаходяться в різній концентрації в клітці.
Роль не всіх з них встановлена, проте наслідки недостатнього вживання того чи іншого елемента явно проявляються, висловлюючись в різних захворюваннях. Самими вивченими по біологічного впливу на організм є мідь, селен і цинк, а також залізо. Всі вони беруть участь в механізмах гуморальної регуляції, входять до складу ферментів, будучи каталізаторами процесів.
Кругообіг біофільние частинок: вуглець
Кожен атом здатний здійснювати перехід з організму в навколишнє середовище і назад. При цьому відбувається процес, який отримав назву "круговорот біогенних елементів". Розглянемо його сутність на прикладі атома вуглецю.
Атоми проходять кілька етапів у своєму круговороті.
- Основна маса знаходиться в надрах землі у вигляді кам'яного вугілля, а також у повітрі, формуючи шар вуглекислого газу.
- З повітря вуглець переходить в рослини, так як поглинається ними для фотосинтезу.
- Потім або залишається в рослинах до їх відмирання і переходить в поклади кам'яного вугілля, або переходить в тваринні організми, які живляться рослинами. З них вуглець повертається в атмосферу у вигляді вуглекислого газу.
- Якщо ж говорити про те вуглекислому газі, що розчинений у Світовому океані, то з води він потрапляє в тканини рослин, з часом формуючи вапнякові поклади, або випаровується в атмосферу і знову починається колишній круговорот.
Таким чином відбувається біогенна міграція хімічних елементів, як макро-, так і мікробіогенних.
