Какие химические элементы содержатся в клетке относятся к микроэлементам

Какие химические элементы содержатся в клетке относятся к микроэлементам thumbnail

Клетки всех живых организмов имеют сходный химический состав, включающий в себя органические и неорганические вещества. Каждое из таких соединений выполняет в структуре живого определенную функцию, которая связана с их строением.

Химический состав клетки

Большая часть химических элементов, находящихся в Периодической системе Менделеева Д.И., обнаружена внутри живых клеток. Там они находятся не в хаотичном расположении, а образуют органические и неорганические соединения. Хотя соединений неорганического типа внутри «живого» больше, роль органических веществ гораздо значимее!

Областью биологии, занимающейся изучением химического состава клеток, является биохимия. На долю органических веществ выпала функция определения уникальности живого организма на планете.

Макро- и микроэлементы

Все содержащиеся внутри живых клеток элементы объединяют в две большие группы: микроэлементы и макроэлементы.

О микроэлементах

Внутри живых клеток содержится минимальная часть микроэлементов (0,01%), но без этого количества живые организмы не могут полноценно существовать. В категорию микроэлементов относят:

  • фтор (формирует зубную эмаль);
  • йод (синтезирует гормон щитовидной железы);
  • кобальт (составная часть витамина В12);
  • медь (участвует в дыхании);
  • цинк (входит в состав инсулина);
  • магний (входит в состав молекулы хлорофилла у растений);
  • кремний (образование коллагеновых волокон);
  • литий (регулирует процессы размножения).

Условия окружающей среды определяют концентрацию химических элементов внутри живого организма. К примеру, повышенное содержание меди имеется внутри моллюсков, а железа – в позвоночных организмах.

Про макроэлементы

Внутри живого организма содержание макроэлементов составляет около 99%. Наиболее важная роль из них отводится:

  • азоту;
  • углероду;
  • водороду;
  • кислороду.

Это органогенные элементы, так как они образуют главные органические соединения. Остальные (сера, фосфор и прочие) отвечают за происходящие в живом организме процессы.

При избытке либо дефиците в организме микро- и макроэлементов развиваются различные заболевания. Поэтому, периодически следует восполнять концентрацию данных элементов в живом организме, увеличивая или уменьшая  их количество в пище.

Неорганические вещества клетки

В категорию неорганических соединений относят минеральные соли и воду.

  1. Минеральные соли.

    • Данные вещества представлены в организмах в нерастворенных либо растворенных формах. Их основной функцией служит поддержание буферных свойств цитоплазмы (постоянство слабощелочной реакции внутри цитоплазмы). Также они ответственны за формирование зубов и костей, участвуют в процессах кроветворения. У растений минеральные соли ответственны за интенсивность процесса фотосинтеза и рост.
  2. Молекулы воды.

    • Благодаря наличию в ее структуре прочных ковалентных связей, вода обладает ярко выраженными свойствами «растворителя». 

Органические вещества клетки

К органическим соединениям, находящимся внутри живого относят:

  1. Белки. Данные органические полимеры состоят из аминокислот, образуя в организме первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуры строения. Основными их функциями являются: строительная (входят в состав клеточных мембран), защитная (иммунобелки)  и транспортная (перенос кислорода гемоглобином).
  2. Жиры. Это липидоподобные соединения, обладающие яркими гидрофобными свойствами. При расщеплении 1 г. жира высвобождается значительное количество энергии(38,9 кДж), идущей на поддержание температуры тела и выполнение движений.
  3. Углеводы. Данные соединения состоят из углерода, кислорода и водорода. Различают следующие группы углеводов: моносахариды (глюкоза, фруктоза, рибоза), дисахариды (сахароза, мальтоза, лактоза) и полисахариды (крахмал, гликоген, целлюлоза). При их расщеплении выделяется много энергии, необходимой для протекания процессов жизнедеятельности. Также, они способны накапливаться  как запасные питательные вещества в виде крахмала и гликогена. 
  4. Нуклеиновые кислоты. Представлены молекулами рибонуклеиновой (РНК) и дезоксирибонуклеиновой (ДНК) кислот. РНК ответственна за синтез белковых молекул и транспортировку аминокислот. ДНК отвечает за хранение наследственных признаков с их последующей передачей.
  5. Аденозинтрифосфорная кислота. Состоит из: трех остатков фосфорной кислоты, аденина (азотистое основание) и рибозы (пятиосновного сахара). Молекулы аденозинтрифосфорной кислоты АТФ отвечают за идущий в митохондриях синтез энергии и ее хранение.

Взаимосвязь строения и функций неорганических и органических веществ

Выполняемые неорганическими и органическими веществами функции тесно связаны с их строением. Так, покрывающая клетку мембрана (оболочка) содержит в своем составе углеводы, белки и липиды. Находящиеся на поверхности клеточной оболочки белки-рецепторы воспринимают сигналы из окружающего пространства, выполняя тем самым рецепторную функцию.

Содержание липидов (жиров) внутри мембран определяет проницаемость оболочки для одних соединений и непроницаемость для других. Углеводы ответственны за синтез молекул АТФ, запасающих энергию. Аналогично связано строение других компонентов клетки с их составом.

Роль химических веществ в клетке и организме человека

Внутри живых организмов каждое химическое вещество играет определенную роль, благодаря чему весь организм способен полноценно жить. Так, присутствие в клетке магния способствует выработке некоторых ферментов и формированию хлорофилла у растений. Кальций формирует прочность зубов и костей человека, а также активирует работу волокон мышц. 

Читайте также:  Какие сведения содержаться в выписке егрп

Без серы в организме не смогут образовываться белки, а без ионов натрия и калия в клетку не смогут поступать некоторые соединения.

Функции химических элементов в клетке

ЭлементФункция
O, H

Входят в состав воды;

  • среда для протекания биохимических реакций;
  • донор электронов при фотосинтезе;
  • обуславливает рН среды;
  • транспорт веществ;
  • универсальный растворитель;
  • теплопроводность, теплоемкость.
C, O, H, Nвходят в состав белков, жиров, липидов, нуклеиновых кислот, полисахаридов.
K, Na, Clпроводят нервные импульсы.
Caкомпонент костей, зубов необходим для мышечного сокращения, компонент свертывания крови, посредник в механизме действия гормонов.
Mgструктурный компонент хлорофилла, поддерживает работу рсом и митохондрий
Feструктурный компонент гемоглобина, миоглобина.
S

в составе серосодержащих аминокислот, белков.

Pв составе нуклеиновых кислот, костной ткани.
Bнеобходим некоторым растениям.
Mn, Zn, Cuактиваторы ферментов, влияют на процессы тканевого дыхания.
Coвходит в состав витамина В12.
Fсостав эмали зубов.
Iсостав тироксина.

Источник

Еще со школьных уроков химии, многие из нас помнят, что в клетках всех живых организмов (в том числе и человека), нет каких либо особых элементов, характерных только лишь для живой природы, т.е. на атомном уровне различий между живой и неживой природой нет. В составе веществ, образующих клетки человека, обнаружено более 70 химических элементов, которые принято разделять на две большие группы: макроэлементы и микроэлементы.

Макроэлементы – это элементы, которые содержатся в организме человека в очень больших количествах. К макроэлементам относятся углерод, водород, кислород и азот (на долю которых приходится 98% всего содержимого клетки), как правило недостатка их в организме не наблюдается, хотя бы потому, что мы получаем их с воздухом которым дышим, с водой и почти с любой пищей. Однако, к макроэлементам так же относят калий, натрий, магний, кальций, фосфор, серу и хлор (суммарное содержание их в клетки составляет 1.9%) – дефицит данных элементов уже может наблюдаться в организме.

В свою очередь, микроэлементы, совсем другое дело.

Микроэлементы – это химические элементы, присутствующие в организме в очень низких концентрациях. Суммарное содержание их в клетки составляет около 0.1%. К микроэлементам относят марганец, цинк, железо, медь, кобальт, бор, фтор, бром, йод и т.д.

Обычно люди и животные получают необходимые им для нормальной жизнедеятельности элементы с пищей. Например, многие знают, что в коровьем молоке обнаружено 23 необходимых для человека элемента, такие как: литий, рубидий, медь, серебро, барий, стронций, титан, мышьяк, ванадий, хром, молибден, йод, фтор, марганец, железо, кобальт, никель и другие. Однако, чтобы организм был здоров и крепок, недостаточно употреблять в своем рационе всю пищу без разбора. Ежедневный рацион человека должен быть грамотно составлен, для того что бы сохранялся баланс поступающих в организм химических элементов.

Ниже, я расскажу о некоторых наиболее важных для человека элементах, их роли в организме, а так же о продуктах богатых ими:

Кальций (Ca). Является основным элементом костей и зубов, необходим для мышечного сокращения, а так же является компонентом процесса свертывания крови. Выступает в качестве посредника в механизмах гормональной деятельности. Кальцием богаты такие продукты, как молоко, йогурты, сыры, орехи, бобовые и капуста.

Калий (K). Влияет на процессы нервной проводимости в тканях человеческого организма, участвует в процессах возбуждения и торможения, участвует в поддержание осмотического давления в клетках, обеспечивает кислотно-щелочное равновесие в организме. Калием богаты такие продукты, как томаты, чеснок, картофель, абрикосы, виноград, дыни, бананы, какао, черный чай и т.д.

Натрий (Na). Вместе с калием формирует электрический потенциал клеток, за счет которого осуществляется передача нервных импульсов. Участвует в транспорте органических и неорганических веществ в организме. Активирует ферменты слюны и поджелудочного сока. Натрием богаты такие продукты, как икра, кетчуп, колбасы, кукурузные хлопья, соленая рыба и т.д.

Магний (Mg). Снижает риск сердечно-сосудистых заболеваний, поддерживает функции нервной и мышечной системы, повышает прочность костей. Магнием богаты фасоль, шпинат, спаржа, зеленые яблоки, орехи, семечки и т.д.

Читайте также:  Какие витамины содержатся в одуванчике

Железо (Fe). Структурный элемент гемоглобина крови. Участвует в обеспечение кислородом органов, тканей и систем организма. Железом богаты мясо животных и птиц, печень, семена тыквы, фасоль, яблоки и т.д.

Кобальт (Co). Входит в состав витамина B12. Участвует в некоторых ферментативных процессов в организме. Кобальтом в необходимой для организма форме, богаты такие продукты, как фасоль, зеленый горошек, рыба, кальмары, картофель, свекла и т.д.

Марганец (Mn). Входит в состав многих ферментов, катализирует некоторые процессы в организме, участвует в синтезе белков и нуклеиновых кислот. Регулирует функционирование скелетно-мышечного аппарата. Марганцем богаты молоко, мясо, рыба, мед, горчица, лимоны, грибы, перец, мука, какао, различные сорта чаев и т.д.

Цинк (Zn). Является компонентом многих ферментов в организме, влияет на рост клеток, особенно в период их репродукции и дифференциации. Так же участвует в кроветворение и поддерживает функции репродуктивной системы. Цинком богаты такие продукты, как гречка, рис, горох, фасоль, некоторые цитрусовые, яблоки, томаты, чеснок, имбирь и т.д.

Медь (Cu). Участвует в формирование соединительных тканей, способствует росту костей. Поддерживает эластичность стенок кровеносных сосудов, участвует в образование гемоглобина и созревание эритроцитов. Является действующим компонентом многих ферментов, обладающих окислительно – восстановительным потенциалом. Медью богаты печень, устрицы, кунжут, какао, шоколад, орехи, кальмары, семечки, шампиньоны и т.д.

Сера (S). Обязательный элемент для здоровья кожи, ногтей и волос. Является компонентом многих ферментов, гормонов и серосодержащих аминокислот. Серой богаты свинина, говядина, рыба, молочные продукты, яйца, бобовые, крупы и т.д.

Фосфор (P). Просто необходим для нормального функционирования мозга, сердца, печени и почек. Принимает участие в регуляции гормонов, входит в состав костной ткани и нуклеиновых кислот. Обеспечивает организм энергией. Фосфором богаты бобовые, кукуруза, молочные продукты, сыр, желток яйца, рыба и т.д.

Таким образом, все пищевые продукты богаты тем или иным химическим элементом или совокупностью элементов, необходимых для нормального функционирования организма. Вот почему для нормальной жизнедеятельности человека, в его рационе должна быть разнообразная пища. «Не хлебом единым жив человек».

Однако, организм каждого человека индивидуален и поэтому в определенные периоды жизни каждому из нас лучше придерживаться своей личной диеты. Такую диету может подобрать профессиональный диетолог, который на основе данных диагностики организма делает профессиональное заключение о том, каких элементов не хватает именно вам.

Если вам понравилась данная статья ставьте лайки и подписывайтесь на мой канал. Напишите в комментариях, хотели бы вы продолжение данной статьи?

До новых встреч!

Источник

Биологически значимые элементы (в противоположность биологически инертным элементам) — химические элементы, необходимые живым организмам для обеспечения нормальной жизнедеятельности.

Элементы, обеспечивающие жизнедеятельность организма, классифицируют по разным признакам — содержанию в организме, степени необходимости, биологической роли, тканевой специфичности и др[1]. По содержанию в теле человека и других млекопитающих элементы делят на

  • макроэлементы (сотые доли процента и более);
  • микроэлементы (от стотысячных до тысячных долей процента);
  • ультрамикроэлементы (миллионные доли процента и менее)[1][2][3][4].

Некоторые авторы проводят границы между этими типами по другим значениям концентрации[5][6]. Иногда ультрамикроэлементы не отделяют от микроэлементов[5].

Макроэлементы[править | править код]

Эти элементы слагают основу плоти живых организмов.

Органогенные элементы[править | править код]

Львиную долю массы клетки составляют 4 элемента[7] (указано их содержание в теле человека)[8]:

  • Кислород — 65 %;
  • Углерод — 18 %;
  • Водород — 10 %;
  • Азот — 3 %.

Эти макроэлементы называют органогенными элементами[комм. 1] или макронутриентами (англ. macronutrient)[комм. 2]. Преимущественно из них построены белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты и многие другие органические вещества. Иногда эти четыре элемента обозначают акронимом CHNO, состоящим из их обозначений в таблице Менделеева.

Другие макроэлементы[править | править код]

Ниже перечислены другие макроэлементы[1] и их содержание в теле человека[8].

  • Калий — 0,35 %
  • Кальций — 2 %
  • Магний — 0,05 %
  • Натрий — 0,15 %
  • Сера — 0,25 %
  • Фосфор — 1,1 %
  • Хлор — 0,15 %

Микроэлементы[править | править код]

Термин «микроэлементы» получил особое распространение в медицинской, биологической и сельскохозяйственной научной литературе в середине XX века. В частности, для агрономов стало очевидным, что даже достаточное количество «макроэлементов» в удобрениях (троица NPK — азот, фосфор, калий) не обеспечивает нормального развития растений.

Читайте также:  Какие витамины содержатся в апельсинах лимонах моркови печенье хлебе и крупах

Содержание микроэлементов в организме мало, но они участвуют в биохимических процессах и необходимы живым организмам. Поддержание их содержания в тканях на физиологическом уровне необходимо для поддержания постоянства внутренней среды (гомеостаза) организма.

Основные микроэлементы[править | править код]

Необходимыми для жизнедеятельности растений, животных и человека считаются более 30 микроэлементов. Среди них (в алфавитном порядке):

Чем меньше концентрация элемента в организме, тем труднее установить его биологическую роль, идентифицировать соединения, в образовании которых он принимает участие. К числу несомненно важных относят бор, ванадий, кремний и др.

Биогенные элементы[править | править код]

Биогенными называют все элементы, постоянно присутствующие в живых организмах и играющие какую-либо биологическую роль, в первую очередь O, C, H, Ca, N, K, P, Mg, S, Cl, Na, Fe[12].

Совместимость[править | править код]

При усвоении организмом витаминов, микроэлементов и макроэлементов возможен антагонизм (отрицательное взаимодействие) или синергизм (положительное взаимодействие) между разными компонентами.

Недостаток минеральных веществ в организме[править | править код]

Основные причины, вызывающие недостаток минеральных веществ:

  • Неправильное или однообразное питание, некачественная питьевая вода.
  • Геологические особенности различных регионов Земли — эндемические (неблагоприятные) районы (см. Эндемические заболевания).
  • Большая потеря минеральных веществ по причине кровотечений, болезнь Крона, язвенный колит.
  • Употребление алкоголя и некоторых лекарственных средств, связывающих микроэлементы или вызывающих их потерю организмом.

Использование термина «минерал» по отношению к биологически значимым элементам[править | править код]

Микро- и макроэлементы попадают в организм главным образом с пищей. Для их обозначения в английском языке существует термин dietary mineral.

В конце XX века российские производители некоторых лекарственных препаратов и биологически активных добавок стали использовать для обозначения макро- и микроэлементов термин «минерал». С научной точки зрения такое употребление этого термина является неправильным, так как он означает только геологическое природное тело с кристаллической структурой. Тем не менее производители т. н. «биологических добавок» стали называть свою продукцию витаминно-минеральными комплексами, имея в виду минеральные добавки к витаминам.

См. также[править | править код]

  • Химический состав клетки
  • Рекомендуемая суточная норма потребления
  • Незаменимые пищевые вещества
  • Биофортификация

Примечания[править | править код]

Комментарии

  1. ↑ Иногда органогенными элементами (органогенами) называют только C, H, N, O[9], иногда — ещё и P и S[1], а иногда — все элементы, играющие какую-либо роль в жизни организмов[10].
  2. ↑ Иногда макронутриентами называют белки, жиры и углеводы[11].

Источники

  1. 1 2 3 4 Скальный А. В., Рудаков И. А. Биоэлементы в медицине. — Оникс 21 век, Мир, 2004. — С. 18—23. — 272 с. — ISBN 5-329-00930-8.
  2. ↑ Макроэлементы // Словарь ботанических терминов / И.А. Дудка. — Киев: Наукова Думка, 1984.
  3. ↑ Микроэлемент // Словарь ботанических терминов / И.А. Дудка. — Киев: Наукова Думка, 1984.
  4. ↑ Ультрамикроэлементы // Словарь ботанических терминов / И.А. Дудка. — Киев: Наукова Думка, 1984.
  5. 1 2 Авцын А. П., Жаворонков А. А., Риш М. А., Строчкова Л. С. Микроэлементозы человека. — М.: Медицина, 1991. — С. 16—17. — 496 с. — ISBN 5-225-02128-X.
  6. Кидин В.В., Торшин С.П. Агрохимия. Учебник. — Проспект, 2015. — 619 с. — ISBN 9785392187676.
  7. Билич Г. Л., Крыжановский В. А. Биология. Полный курс: В 4 т. — издание 5-е, дополненное и переработанное. — Оникс, 2009. — С. 20. — 864 с. — ISBN 978-5-488-02311-6.
  8. 1 2 Starr C., McMillan B. 2.1. Atoms and Elements // Human Biology. — 11 ed. — Cengage Learning, 2014. — P. 16. — 608 p. — ISBN 9781305445949.
  9. ↑ Органогенные элементы // Большая медицинская энциклопедия / гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1969—1978.
  10. Дедю И. И. Органогены // Экологический энциклопедический словарь. — Кишинев, 1989.
  11. ↑ Методические рекомендации 2.3.1.2432-08. Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации.
  12. ↑ Биогенные элементы // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.

Литература[править | править код]

  • Ultratrace minerals. Authors: Nielsen, Forrest H. USDA, ARS Source: Modern nutrition in health and disease / editors, Maurice E. Shils … et al.. Baltimore: Williams & Wilkins, c 1999., p. 283—303. Issue Date: 1999.
  • Авцын А. П., Жаворонков А. А., Риш М. А., Строчкова Л. С. Микроэлементозы человека. — М.: Медицина, 1991. — С. 16. — 496 с. — ISBN 5-225-02128-X.
  • Скальный А. В., Рудаков И. А. Биоэлементы в медицине. — Оникс 21 век, Мир, 2004. — С. 18—19. — 272 с. — ISBN 5-329-00930-8.

Источник