Элементы – это основные единицы материи. Из 92 стабильных элементов, найденных на Земле, только 25 встречаются в организмах живых существах и 16–18 являются жизненно важными. Элементы, которые, как известно, имеют универсальное значение для всех живых организмов, включают водород (H), кислород (O), углерод (C), азот (N), кальций (Ca), фосфор (P), калий (K), серу (S), хлор (Cl), натрий (Na), магний (Mg) и железо (Fe).
Все элементы, которые входят в химический состав организма, в зависимости от их доли содержания в клетке, можно разделить на четыре группы:
Органогены (биоэлементы) – химические элементы, которые входят в состав всех органических соединений и составляют примерно 98% от массы клетки:
- Водород – компонент воды и органических молекул
- Углерод – основа органических молекул
- Азот – компонент белков и нуклеиновых кислот
- Кислород – необходим для клеточного дыхания
Макроэлементы – элементы, содержащиеся в клетке в значительно меньших количествах – десятые и сотые доли процента:
- Натрий – важен в функционировании нервов
- Магний – компонент хлорофилла
- Фосфор – компонент нуклеиновых кислот, костей и зубов
- Сера – компонент некоторых белков и витаминов
- Хлор – главный анион в жидкостях вне клетки
- Калий – важен в функционировании нервов
- Кальций – кофактор ферментов, запускающий сокращение мышц и компонент костей, зубов и клеточных стенок растений
Микроэлементы – элементы, составляющие от 0,001% до 0,000001% массы живого организма:
- Железо – кофактор многих ферментов и составная часть гемоглобина
- Йод – участвует в обменных процессах
Ультрамикроэлементы – на их долю приходится менее 0,000001% от массы живого организма. К этой группе принадлежат золото, серебро, обладающие бактерицидным воздействием, ртуть, препятствующая обратному всасыванию воды в почечных канальцах, влияя на ферменты.
Химические соединения в клетке также могут быть разделены на две основные группы: органические и неорганические соединения.
Органические соединения являются химическими соединениями, которые содержат углерод. К органическим веществам в клетке относятся углеводы, белки, липиды и нуклеиновые кислоты. Некоторые из этих соединений синтезируются самой клеткой.
Вода – это неорганическое соединение, которое состоит из водорода и кислорода. Это важное вещество, но в клетке также содержится множество других химических элементов, с которыми мы ознакомимся в таблице ниже.
Таблица. Основные химические элементы в клетках живых организмов
| 65% | Кислород | Этот элемент, очевидно, является самым важным в клетках живых организмов. Атомы кислорода присутствуют в воде, которая является наиболее распространенным веществом в организме, и других соединениях, составляющих ткани. Он также содержится в крови и легких благодаря дыханию |
| 18.6% | Углерод | Углерод содержится в каждой органической молекуле в организме, а также в побочных продуктах дыхания (углекислый газ). Обычно он попадает в организм вместе с пищей |
| 9.7% | Водород | Содержится во всех молекулах воды в организме, а также во многих других соединениях, составляющих различные ткани |
| 3.2% | Азот | Очень распространен в белках и органических соединениях. Он также присутствует в легких из-за его обилия в атмосфере |
| 1.8% | Кальций | Является основным компонентом скелетной системы, включая зубы. Он также содержится в нервной системе, мышцах и крови |
| 1.0% | Фосфора | Этот элемент распространен в костях и зубах, а также в нуклеиновых кислотах |
| 0.4% | Калий | Калий содержится в мышцах, нервах и некоторых тканях живых организмов |
| 0.2% | Натрий | Содержится в мышцах и нервах |
| 0.2% | Хлор | Присутствует в коже и облегчает поглощение воды клетками |
| 0.06% | Магний | Служит кофактором для различных ферментов в организме |
| 0.04% | Сера | Присутствует во многих аминокислотах и белках |
| 0.007% | Железо | Содержится в основном в крови, облегчает транспортировку кислорода |
| 0.0002% | Йод | Встречается в гормонах в щитовидной железе, участвует в обменных процессах |
Значение органических соединений в клетке
Углеводы:
- Служат энергией для клеточных процессов
- Средство накопления энергии
- Обеспечивают структурную поддержку клеточным стенкам
Липиды:
- Хранят большое количество энергии в течение длительного периода времени
- Действуйте как источник энергии
- Играют важную роль в структуре клеточных мембран
- Являются источником метаболической воды
- Сокращают потери воды при испарении
Белки:
- Действуют как строительные блоки многих структурных компонентов клетки; необходимы для роста
- Образуют ферменты, катализирующие химические реакции
- Образуют гормоны, которые контролируют рост и обмен веществ
Нуклеиновые кислоты
- Содержат генетическую информацию клеток
- Играют жизненно важную роль в синтезе белка
Роль воды в клетке
- Вода важна для жизни, потому что ее химические и физические свойства позволяют поддерживать жизнь
- Вода – это полярная молекула, состоящая из 2 атомов водорода и 1 атома кислорода. Полярная молекула – это молекула с неравномерным распределением зарядов. Каждая молекула имеет положительно заряженный и отрицательно заряженный конец. Полярные молекулы притягивают друг друга так же, как и ионы. Из-за этого свойства вода является хорошим сильнополярным растворителем
- Выступает транспортной средой в крови
- Действует как среда для биохимических реакций
- Вода помогает в поддержании стабильной внутренней среды в живом организме. Концентрация воды и неорганических солей, растворяющихся в воде, играет важную роль в поддержании осмотического баланса между кровью и интерстициальной жидкостью
- Молекулы воды обладают очень высокой когезией (сплоченность). Молекулы воды имеют тенденцию прилипать друг к другу и перемещаться длинными непрерывными колоннами через сосудистые ткани растений
Не все нашли? Используйте поиск по сайту ↓ 
Роль химических элементов в жизни человека
Понедельник, 1 Апрель 2019
Роль макро, микроэлементов для человеческого организма велика. Ведь они принимают активное участие во многих жизненно важных процессах. На фоне дефицита того или иного элемента человек может столкнуться с появлением определенных заболеваний. Дабы избежать этого, необходимо понимать, для чего нужны макро и микроэлементы в человеческом организме, и какое их количество должно содержаться.
Что такое макро и микроэлементы
Все полезные и необходимые для организма вещества попадают в него благодаря продуктам питания, биологическим добавкам, призванным устранить дефицит определенных веществ. Поэтому к своему рациону необходимо отнестись предельно внимательно.
Перед тем как приступить к изучению функций микро и макроэлементов необходимо понимать их определение.
Так, макроэлементами принято считать соединения химических элементов или одиночные элементы, которые содержатся в организме в большом количестве, измеряемом граммами.
А значение микроэлементов отличается от макро количественными показателями. Ведь в данном случае химические элементы содержатся преимущественно в достаточно малом количестве.
Для того чтобы организм функционировал и в его работе не происходили сбои необходимо позаботиться о регулярном достаточном поступлении в него необходимых макро и микроэлементов.
Информацию относительного этого можно рассмотреть на примере таблиц.
Первая таблица наглядно продемонстрирует, какая суточная норма употребления тех или иных элементов является оптимальной для человека, а также поможет определиться с выбором всевозможных источников.
- Роль химических элементов
- Роль микроэлементов в организме человека, как и макроэлементов очень велика.
- Многие люди даже не задумываются о том, что они принимают участие во многих обменных процессах, способствуют формированию и регулируют работу таких систем, как кровеносной, нервной.
Именно от химических элементов, которые содержит первая и вторая таблица, происходят значимые для жизни человека обменные процессы, к их числу можно отнести водно-солевой и кислотно-щелочной обмен. Это лишь небольшой перечень того, что получает человек.
Биологическая роль макроэлементов заключается в следующем:
· Функции кальция заключаются в формировании костной ткани. Он принимает участие в формировании и росте зубов, отвечает за свертываемость крови. Если этот элемент не будет поступать в необходимом количестве, то привести такое изменение может к развитию рахита у детей, а также остеопороза, судорог.
· Функции калия заключаются в том, что он обеспечивает водой клетки организма, а также принимает участие в кислотно-щелочном равновесии. Благодаря калию происходит синтез белка. Дефицит калия приводит к развитию многих заболеваний. К их числу можно отнести проблемы с желудком, в частности, гастрит, язва, сбой сердечного ритма, болезни почек, паралич.
· Благодаря натрию удается держать на уровне осмотическое давление, кислотно-щелочной баланс. Ответственный натрий и за поставку нервного импульса. Недостаточное содержание натрия чревато развитием заболеваний. К их числу можно отнести судороги мышц, болезни, связанные с давлением.
· Функции магния среди всех макроэлементов наиболее обширные. Он принимает участие в процессе формирования костей, зубов, отделении желчи, работе кишечника, стабилизации нервной системы, от него зависит слаженная работа сердца. Этот элемент входит в состав жидкости, содержащейся в клетках тела.
Учитывая важность этого элемента, его дефицит не останется незамеченным, ведь осложнения, вызванные этим фактом, могут сказаться на желудочно-кишечном тракте, процессах отделения желчи, появлении аритмии.
Человек ощущает хроническую усталость и нередко впадает в состояние депрессии, что может сказаться на нарушении сна.
· Основной задачей фосфора является преобразование энергии, а также активное участие в формировании костной ткани. Лишив организм этого элемента можно столкнуться с некоторыми проблемами, например, нарушениями в формировании и росте кости, развитием остеопороза, депрессивного состояния. Дабы избежать всего этого, необходимо регулярно пополнять запасы фосфора.
· Благодаря железу происходят окислительные процессы, ведь он входит в цитохромы. Нехватка железа может сказаться на замедлении роста, истощении организма, а также спровоцировать развитие анемии.
Биологическая роль химических элементов заключается в участии каждого из них в естественных процессах организма. Недостаточное их поступление может привести к сбою в работе всего организма. Роль микроэлементов для каждого человека неоценима, поэтому необходимо придерживаться суточной нормы их потребления, которую содержит приведенная выше таблица.
Так, микроэлементы в организме человека отвечают за следующее:
· Йод необходим для щитовидки. Недостаточное его поступление приведет к проблемам с развитием нервной системы, гипотиреоза.
· Такой элемент, как кремний, обеспечивает формирование костной ткани и мышц, а также входит в состав крови. Нехватка кремния может привести к чрезмерной слабости кости, в результате чего увеличивается вероятность получения травм. От дефицита страдает кишечник, желудок.
· Цинк приводит к скорейшему заживлению ран, восстановлению травмированных участков кожи, входит в состав большинства ферментов. О его нехватке свидетельствует изменения вкуса, восстановления поврежденного участка кожи на протяжении длительного времени.
· Роль фтора заключается в принятии участия в процессах формирования зубной эмали, костной ткани. Его нехватка приводит к поражению зубной эмали кариесом, затруднениям, возникшим в процессе минерализации.
· Селен обеспечивает стойкую иммунную систему, принимает участие в функционировании щитовидки. Говорить о том, что в организме селен присутствует в недостающем количестве можно в случае, когда прослеживаются проблемы с ростом, формированием костной ткани, развивается анемия.
· С помощью меди становится возможным перемещение электронов, ферментный катализ. Если содержание меди недостаточное, то может развиться анемия.
· Хром принимает активное участие в обмене углеводов в организме. Его нехватка сказывается на изменении уровня сахара в крови, что нередко становится причиной развития диабета.
· Молибден способствует переносу электронов. Без него возрастает вероятность поражения зубной эмали кариесом, появления нарушений со стороны нервной системы.
· Роль магния заключается в принятии активного участия в механизме ферментного катализа.
Микро, макроэлементы, поступающие в организм вместе с продуктами, биологически активными добавками жизненно необходимы для человека, и свидетельствуют об их важности проблемы, заболевания, возникающие в результате их дефицита. Для того чтобы восстановить их баланс необходимо правильно подбирать питание, отдав предпочтение тем продуктам, которые содержат необходимый элемент.
ОГБУЗ «Старооскольский кожвендиспансер»
желает Вам здоровья и долголетия!
Биология ЕГЭ. Макроэлементы и микроэлементы клетки. Вся теория + конспект
Приветствую, сегодня продолжаем изучать химический состав клетки и сегодня будет очень простая, а главное имеющая реальное практическое применение в жизни тема.
На прошлом занятии мы с вами разобрали основы химического состава клетки, определили, что все живые существа состоят из неорганических (вода и соли) и органических (белки, жиры, углеводы) веществ.
Однако мы затрагивали лишь молекулярный уровень, т.е. готовые соединения (H2O/CO2/O2 и т.д.), но не рассмотрели атомный уровень (как часто в живых объектах встречаются атомы того или иного химического элемента).
Атомный и молекулярный состав живых организмов (с) картинка из интернета Атомный и молекулярный состав живых организмов (с) картинка из интернета
Вообще уровни эти напрямую связаны, зная, что до 80% массы клетки приходится на воду, химическая формула которой (H2O), мы можем точно сказать, что атомов Водорода (H) и Кислорода (O) в живых организмах довольно много.
Ещё очень много будет Углерода (С), ведь он входит в состав всех органических веществ (белков, жиров, углеводов) и Азота (N), который входит в состав аминокислот (они кстати поэтому так и называются, из-за содержания в них азота).
Органогены. Макроэлементы и микроэлементы клетки (с) картинка из интернета Органогены. Макроэлементы и микроэлементы клетки (с) картинка из интернета
На долю этих четырёх элементов (O / C / H / N) приходится до 98% массы клетки, поэтому они получили название органогенные элементы или органогены (никаких генов они ясное дело не несут, просто в переводе это означает “типа образующие органические соединения”).
Макроэлементы и микроэлементы
Но этой четвёркой всё дело не ограничивается (иначе всё было бы слишком просто, ага). В теле человека присутствует практически вся таблица Менделеева и не смотря на то, что остальных химических элементов в массовом выражении не так много (менее 1%), они выполняют важные жизненные функции.
Процентное содержание макроэлементов и микроэлементов в теле человека (с) картинка из интернета Процентное содержание макроэлементов и микроэлементов в теле человека (с) картинка из интернета
- Натрий (Na) – осмотическая (клеточное давление), ионный обмен, работа почек;
- Кальций (Ca) – свёртывание крови, работа мышц, обеспечение прочности костей;
- Калий (K) – работа мозга и нервной системы, сокращение мышц, работа сердца;
- Фосфор (P) – состав эмали и зубной ткани, входит в состав фосфолипидов (клеточной мембраны), работа печени;
- Железо (Fe) – входит в состав гемоглобина (переносит кислород в крови), необходим для работы митохондрий (клеточного дыхания);
- Магний (Mg) – входит в состав хлорофилла, участвует в процессах синтеза ДНК;
- Хлор (Cl) – работа нервной системы, переваривание пищи (соляная кислота в желудке);
- Сера (S) – входит в состав аминокислот, гормонов и витаминов.
Микроэлементы
Микроэлементами называются элементы, содержание которых менее 0.001% от массы клетки. Однако они тоже важны и тоже выполняют различные биологические функции.
- Цинк (Zn) – входит в состав гормонов (тестостерона, инсулина)
- Медь (Cu) – необходимо для процессов фотосинтеза и дыхания
- Кобальт (Co) – входит в состав витамина B12
- Йод (I) – регулирует работу щитовидной железы, входит в состав её гормонов (Т3/Т4)
- Фтор (F) – входит в состав зубной эмали
Конечно их намного больше, но мы рассмотрели самые основные и часто встречающиеся в тестах ЕГЭ.
Ультрамикроэлементы
К этой группе элементов относятся очень редкие химические элементы. Их содержание в окружающей природе очень мало, поэтому они практически не выполняют никаких функции в организме человека, однако присутствуют в незначительных количества, менее 0.000001% (в результате эффекта накопления).
К этим элементам относят Уран (U), Радий (Ra), Золото (Au), Серебро (Ag), Ртуть (Hg), Берилий (Be) и прочие.
Единство химического состава живых организмов (с) картинка из интернета Единство химического состава живых организмов (с) картинка из интернета Не забудь поставить лайк и подписаться, это поддерживает мою веру в то, что я не просто так это всё делаю. Удачи и успехов.
Химические элементы в клетках живых организмов, структурные компоненты клетки
Клетки всех организмов отличаются схожестью элементарного химического состава, что является свидетельством единства живой природы. Однако стоит отметить, что любой химический элемент, присутствующий в живых организмах, встречается и в неживых организмах. Это, в свою очередь, говорит о единстве живой и неживой природы.
Какие химические элементы входят в состав клетки?
Есть 4 химических элемента в клетках живых организмов, присутствующих в них в наибольшем объеме:
- кислород — от 65 до 70%;
- углерод — от 15 до 18%;
- водород — от 8 до 10%;
- азот — от 2 до 3%.
Все эти основные химические элементы являются органогенными элементами и составляют от 95 до 98% общей массы организма.
Прочие химические вещества в клетке — элементы вроде кальция, фосфора, калия, серы, натрия, хлора, железа, силиция, магния — присутствуют в организме в небольшом количестве — это всего лишь десятые доли процента. Такие химические элементы клетки относятся к макроэлементам.
В клетке также есть микроэлементы: цинк, медь, кобальт, бром, хром, радий, марганец, йод, литий. Их меньше всего: около 0,01%.
Тем не менее, то, насколько важен для организма тот или иной элемент не зависит от того, в каком количестве он содержится в клетке. К примеру, определенные микроэлементы являются составляющими различных ферментов, гормонов и прочих важных для жизни соединений, влияющих на процессы размножения, кровообращения и др.
Пример 1
В состав молекулы инсулина входит цинк, а в состав цианокобаламина (это витамин В12) — кобальт.
От окружающей неорганической природы живые организмы отличаются количественным составом химических веществ в клетке.
Пример 2
К примеру, растения содержат примерно 18% углерода, а в почве — всего 1%. Если говорить о кремнии, то в почве его 33%, а в растениях — всего 0,15%.
В составе живых организмов имеются углеродосодержащие соединения (органические). Этим и объясняется большое количество углерода.
Отдельные организмы способны накапливать определенные химические вещества клетки.
Пример 3
Водоросли накапливают йод, лютиковые — литий, болотная ряска — радий.
Неорганические вещества в клетке
Вода
Вода — основное неорганическое вещество в клетке. При этом количество воды зависит от интенсивности обмена веществ в определенной ткани: чем она выше, тем больше воды.
Пример 4
Человеческий эмбрион в возрасте 1,5 месяца на 97,5% состоит из воды, в возрасте 8 месяцев — на 83%. Новорожденные состоят из воды на 74%, а что касается взрослых, то этот показатель составляет 66%.
При этом, в различных органах и тканях количество воды разное.
В мозгу взрослого человека содержится до 86% воды. Для сравнения, в печени всего 70, а в кости и того меньше — около 20%.
Чем старше становится человек, тем меньше в его тканях воды.
Почему вода так важна для организма? Она выполняет ряд функций:
- сохраняет объем клеток;
- обеспечивает клетке упругость;
- способствует растворению различных химических веществ.
Но самое главное заключается в том, что именно в воде как среде происходят все химические процессы. Вода принимает участие во всех химических реакциях: в результате химического взаимодействия с водой происходит расщепление таких элементов как жиры, углеводы и прочие органические соединения.
Вода обладает высокой теплоемкостью, что позволяет ей оберегать цитоплазму от резких температурных колебаний и участвовать в терморегуляции клеток и организма в целом.
Определенная часть молекул воды — примерно 15% — присутствует в связанном состоянии с белковыми молекулами. Они отвечают за изоляцию молекул белка друг от друга в коллоидных растворах.
Низкой растворимостью в воде характеризуется большое количество органических веществ в клетке (липиды). Молекулы воды слабо притягиваются к таким веществам. По этой причине, будучи основой клеточной мембраны, эти вещества сокращают переход воды из клетки во внешнюю среду и в обратном направлении (в том числе из одного участка клетки в другой).
Минеральные соли
Клетки опорных органов содержат достаточно большое количество минеральных солей. К таким органам относятся хитиновые панцири черепашек и моллюсков, кости. Цитоплазма других клеток почти все соли содержит в диссоциированном состоянии — как катионы и анионы калия, натрия, хлора, кальция и др.
Для нормального функционирования клетки важно, чтобы в ней содержались катионы. Концентрация солей определяет объем поступающей в клетку воды. Это объясняется тем, что для молекул воды клеточная мембрана является проницаемой, а для большинства крупных молекул и ионов — непроницаемой.
В случае, если окружающая среда содержит меньшее количество ионов, чем клеточная цитоплазма, то поступление воды в клетку осуществляется до того момента, пока концентрация солей не выровняется (осмос).
Соли в цитоплазме задают ей определенные буферные свойства. В частности, способность поддерживать постоянный уровень pH (около нейтральной реакции) даже в условиях непрерывного образования в процессе обмена веществ кислых и щелочных продуктов.
Органические вещества в клетке
- Содержание органических веществ — то, чем довольно сильно могут различаться между собой различные клетки.
- В пересчете на сухую массу, клетки содержат от 5 до 15% липидов, от 10 до 12% белков, от 0,2 до 2% углеводов и 1-2% нуклеиновых кислот.
- Почти у всех органических соединений — длинные молекулы (полимеры): они состоят из цепи более простых молекул, то есть, однородных или разнородных мономеров.
Углеводы
Растительные клетки содержат огромное количество углеводов: некоторые плоды, семена и клубни — до 90%.
Замечание 1
Животные клетки включают на порядок меньше углеводов — всего 5%.
Есть два варианта углеводов:
- Простые или моносахариды.
- Сложные или полисахариды.
В организмах встречаются такие моносахариды как пентозы (включают 5 атомов углерода) и гексозы (включают 6 атомов углерода). Наиболее важными для организма пентозами являются рибоза (входит в состав РНК) и дезоксирибоза (входит в состав ДНК). Глюкоза и фруктоза — самые важные гексозы. Их много в плодах растений и меде, поэтому они отличаются сладким вкусом.
Замечание 2
Кровь человека тоже включает глюкозу — это около 0,12%. Глюкоза является основным энергетическим материалом обмена веществ для всех клеток.
- Образование полисахаридов связано с полимеризацией двух или нескольких моносахаридов.
- Если говорить о дисахаридах, то наиболее известными и распространенными являются сахароза (в ее составе — молекулы глюкозы и фруктозы) и лактоза, которую также называют молочным сахаром (она включает в состав молекулы глюкозы и галактозы).
Нужна помощь преподавателя? Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!
Наиболее часто встречающиеся полимеры — крахмал, целлюлоза (клетчатка в растениях) и гликоген (у животных). Общая формула выглядит следующим образом: (C6H10O5)n. Глюкоза выступает мономером этих полисахаридов.
Цепь из 150-200 молекул глюкозы образуют каждую клетку клетчатки (целлюлозы).
Углеводы для живых клеток выступают в качестве топлива. При их окислении происходит освобождение химической энергии (1 грамм — 17,6 кДж). Клетка использует эту энергию для обеспечения всех процессов жизнедеятельности. В растительных клетках углеводам отводится и функция «строителей»: они образуют оболочки клеток.
Липиды
Липиды представляют собой низкомолекулярные вещества, обладающие гидрофобными свойствами.
Липиды — основной элемент всех видов клеток, наравне с белками и углеводами. Содержание липидов в различных органах и тканях неодинаковое. В сердце, печени, почках, нервной ткани, крови, плодах и семенах отдельных растений их более чем достаточно.
У липидов встречается разнообразное химическое строение. Они могут включать в свой состав высшие жирные кислоты, азотистые основания, спирты, альдегиды, аминокислоты, аминоспирты, углеводы, фосфорную кислоту и др. Между этими соединениями образуются эфирные, гликозидные, фосфоэфирные, сложноэфирные, амидные и прочие связи.
Поскольку эти молекулы отличаются сложностью строения и разнообразием, классификация липидов довольно сложная.
Липиды сегодня делят на нейтральные или жиры и фосфолипиды.
Под нейтральными липидами понимают производные высших жирных кислот и 3-атомного спирта глицерина. Жиры, также, как и углеводы, выступают в качестве источников энергии. В процессе расщепления 1 грамма жира происходит выделение 38,9 кДж энергии.
Для многих животных подкожный жир — важная составляющая теплоизоляции. Жиры обеспечивают нужной энергией организм животного, впадающего в спячку, поскольку из вне он не может ее получать.
Замечание 3
Жиры — основной запас питательных веществ и в семенах определенных растений.
Большая часть липидов, входящих в состав мембран — фосфолипиды. В сухой массе мембран содержится до 40% липидов — из них около 80% являются фосфолипидами. При участии фосфолипидов реализуются основные функции мембран:
- регулирование проницательности различных веществ и клеточного содержимого;
- работа ионные насосов;
- восприятие;
- обработка и передача информации с поверхности клетки внутрь;
- иммунный ответ;
- синтез белков и др.
Определение 1
Липиды — растворители отдельных жирорастворимых витаминов. Это объясняется тем, что они не растворяются в воде, а в органических растворителях растворяются.
Белки
От 50 до 80% органических веществ в клетке — это белки или протеины. Из них состоит межклеточная жидкость, лимфа, плазма крови. Белки являются полимерами, а их мономеры — это аминокислоты.
Замечание 4
Белки состоят примерно из 20 различных аминокислот.
Жизнь как явление неразрывно связана с белками, поэтому их значение сложно переоценить. Белки можно обнаружить в составе всех органоидов и мембран клетки — они выступают главным структурным веществом клетки.
Отдельно стоит выделить двигательную функцию белков. Способность к сокращению есть у комплексов из молекул некоторых белков. К примеру, актина и миозина. Эта способность обеспечивает сокращение мышц, движение ресничек и жгутиков, перемещение хромосом в клетке и др.
Свойственны белкам и сигнальные функции, в результате чего клетки и организмы приобретают раздражительность.
Белки также выполняют защитную функцию. За нее отвечают особенные белки — антитела: они обезвреживают и нейтрализуют посторонние организму вещества.
Кроме того, белки — источник энергии. Часть аминокислот, полученных в результате расщепления белковой молекулы, используются в процессе биосинтеза новых молекул белка. Другая часть расщепляется окончательно и освобождает энергию. Полное расщепление 1 грамма белка высвобождает 17,6 кДж энергии.
Ферменты
Большая роль белков как биокатализаторов или ферментов.
Есть молекулы ферментов, состоящие исключительно из белков. Также есть ферменты, функционирование которых зависит только от наличия в молекуле двух компонентов: белкового и небелкового (апофермента и кофермента соответственно).
Замечание 5
В качестве коферментов могут выступать разнообразные органические вещества включая витамины.
- Нормальная скорость реакций в клетке обеспечивается участием ферментов как биологических катализаторов.
- Классификация ферментов имеет в виду особенности их действия на субстрат, а также химические реакции.
- Выделяют следующие ферменты:
- липазы, отвечающие за расщепление липидов;
- амилазы, расщепляющие углеводы;
- пептитазы, расщепляющие белки;
- ферменты окислительно-восстановительных реакций;
- ферменты реакций гидролиза и синтеза;
- ферменты реакций перенесения, присоединения или отщепления определенных органических соединений.
В каталоге ферментов за каждым из них закреплены номер и систематическое название.
К примеру, в номенклатуре ферментов обозначение пепсина выглядит так: 3.4.4.1 (пептид-пептидогидролаза). Липаза (гидролаза эфиров глицерина) — 3.1.1.3.
Конкретное действие ферментов на различные химические вещества зависит от строения первых. В молекуле всех ферментов есть активный центр — один или несколько. С помощью этих центров молекулы прикрепляются к веществам, на которые и воздействуют. По этой причине действие ферментов является специфичным.
Пепсин и трипсин, которые являются пищеварительными ферментами, принимают участие в процессе расщепления молекул белков до небольших фрагментов. Их воздействие различается: пепсин разрушает связи аминокислоты тирозина, а трипсин — аминокислот аргинина и лизина. Первый фермент оказывает воздействие на аминогруппы, а второй — на карбоксильные группы аминокислот.
Ферменты принимают участие в катализации множества последовательных реакций. Возникшие при участии первого фермента вещества являются субстратом для другого и т. д.
Ферменты действуют в клетке не хаотично: здесь соблюдается определенная последовательность и согласованность. Это возможно в силу локализации ферментов в разных участках клеточной мембраны. Последовательное расположение ферментов характерно и для органоидов клетки, где ферменты образуют упорядоченные системы.
У различных видов организмов и в различных органах обмен веществ осуществляется по-разному. Он зависит он конкретного комплекса ферментов. Ферменты способны нормально функционировать, если соблюдается оптимальная температура и реакция среды.
Что касается среды, то для одних ферментов оптимальной средой является нейтральная (для ферментов слюны), для других кислая (для ферментов желудочного сока) или щелочная (для ферментов поджелудочной железы).
Когда температура превышает 60 градусов, у большинства ферментов происходит инактивация — этот процесс называется денатурация белка.
Нуклеиновые кислоты
Впервые нуклеиновые кислоты обнаружили и выделили из клеточных ядер.
Есть 2 вида нуклеиновых кислот:
- Дезоксирибонуклеиновая или ДНК.
- Рибонуклеиновая или РНК.
В хромосомах клетки находится основная часть ДНК. В митохондриях и пластидах ДНК представлена в небольших количествах. РНК содержат ядрышки и цитоплазма.
Химические элементы в организме человека – общее значение и роль
Время на чтение: 10 минут
Общее значение для организма
Основная функция, выполняемая макроэлементами, состоит в построении тканей и поддержании осмотического давления. Микроэлементы входят в гормональный состав, в витамины и биологически активные вещества, могут выступать в роли активаторов и запускать жизненно важные процессы в организме. К основным действиям относятся:
- Обмен веществ.
- Процесс размножения.
- Тканевое дыхание.
- Обезвреживание химических вредных веществ.
Микроэлементы также влияют на кровь, очищают сосуды и делают их шире. Благодаря восстановлению проницаемости в тканях и сосудах можно предотвратить инфаркт, инсульт и бороться с проблемами сердца.
Макро- и микроэлементы формируют основу организма — скелет — и принимают участие в укреплении зубной эмали. Эти функции выполняются благодаря магнию, кремнию, фтору, кальцию, фосфору, йоду и алюминию.
На содержание элементов в организме влияет биологический возраст человека: чем он старше, тем полезных веществ внутри меньше. Пополнить запасы можно с помощью приёма специальных витаминных комплексов или добавок.
Учёными обнаружено немало заболеваний, которые связаны с уменьшением количества полезных веществ.
Например, дефицит фтора может вызывать проблемы с зубами и развитие кариеса, дефицит йода приводит к проблемам со щитовидной железой, а избыток молибдена указывает на эндемическую подагру.
Организм является сложной многоуровневой структурой, в которой все процессы не только взаимосвязанны, но и имеют норму, нарушение которой приводит к ухудшению самочувствия и возможным проблемам.
Благодаря балансу оптимальных концентраций, так называемому химическому гомеостазу, человек ощущает, всё ли в порядке с организмом.
Специалисты выделяют основу организма, к этим микроэлементам относятся:
- Углерод.
- Водород.
- Азот.
- Кислород.
- Сера.
- Фосфор.
Это органический «скелет» для функционирования организма, благодаря которому человек может двигаться, дышать и активно функционировать. Дополнительно нужны и неорганические элементы, обеспечивающие нормальную жизнедеятельность.
При недостатке в питании железа, хрома, цинка, йода, кальция, магния и фосфора могут возникать серьёзные проблемы и заболевания.
Варианты применения
Биологическая роль химических элементов огромная, ведь они могут применяться не только в виде добавок для организма, но и в сельском хозяйстве. Даже незначительное добавление в почву полезных элементов существенно увеличивает уровень плодородия. Микроэлементы могут увеличивать активность ферментов внутри растений и активно способствуют синтезу белков. Это повышает урожайность и качество выращиваемых культур.
А также микроэлементы добавляют в корм животным, чтобы улучшить их характеристики и повысить уровень продуктивности. Соединения могут применяться как лекарственные препараты.
Активное изучение биологического значения химических элементов, их возможной взаимосвязи с другими веществами позволяет создавать препараты и средства, помогающие бороться с болезнями или снимающие симптоматику.
Они используются как с лечебной, так и с профилактической целью.
Периодический закон Менделеева находится в основе изучения свойств и реакций химических элементов: в зависимости от положения в периодической системе элементы могут обладать разными качествами, которые проявляются в большей или меньшей мере. Увеличение заряда атома увеличивает активность и токсичность элементов и влияет на уменьшение их в организме.
Химики объясняют уменьшение количества таких веществ внутри человеческой системы тем, что они плохо усваиваются организмом и практически не расщепляются на полезные элементы.
Но лёгкие элементы в организме могут содержаться в больших количествах. Благодаря им возможно соединение и формирование новых соединений, которые используются для выполнения ряда функций и жизнедеятельности системы.
К жизненно необходимым можно отнести элементы, находящиеся в четвёртом периоде:
- марганец;
- железо;
- цинк;
- медь.
Элементы пятого и шестого периода не обладают полезными для человеческого организма свойствами. Но молибден в составе окислительно-восстановительных ферментов может активно влиять на биохимические процессы в организме.
Влияние химических элементов может быть как положительным, так и негативным, в зависимости от сочетания с другими и количеством соединений.
Токсичность некоторых элементов
Оценка состояния окружающей среды состоит из детального анализа тех факторов, что имеют ключевое влияние на формирование проблемы.
Учёным тяжело провести черту между природным и антропогенным влиянием, но деятельность человека здесь занимает одну из ключевых позиций.
Хотя, на первый взгляд, может казаться, что воздействие на природу людьми достаточно невелико, и все процессы легко предотвратить, но на самом деле вред будет заметен уже через десятки, а то и сотни лет.
На ход химических превращений, что приводят к образованию токсических веществ, влияют климатические условия, деятельность разных форм жизни, состояние почвы, вода и воздух.
Для решения проблемы нужно детально анализировать все данные и наблюдать за изменениями биосферы и содержанием в ней разных химических элементов и их соотношения.
Благодаря экологическому мониторингу можно раскрыть биологическую роль элементов и выделить основные факторы влияния на окружающую среду.
Например, загрязнение тяжёлыми металлами имеет отношение к эколого-аналитическому мониторингу супертоксикантов, ведь большинство из них проявляют высокую токсичность и способность концентрироваться в живых организмах. Все источники загрязнения можно поделить на природные и искусственные или антропогенные.
К естественным (природным) можно отнести извержение вулканов, лесные пожары или разрушение степей, к антропогенным относятся загрязнения природы выбросами из фабрик и заводов, большое количество использованного пластика и вредные химические соединения, которые появляются в результате разложения разных элементов, ранее использованных человеком.
Главными и наиболее опасными источниками загрязнения природы являются антропогенные. С помощью макроэлементтера можно определить количество того или иного химического состава внутри почвы и определить возможный вред для окружающей среды.
Изучение тяжёлых металлов и их биохимических циклов показывает их двойственную роль в природе: с одной стороны, они положительно сказываются на конкретном организме, увеличивая его характеристики и качество, а с другой — могут нанести вред окружающей среде при высоком содержании в почвах. В докладах и рефератах на тему минеральных веществ можно кратко ознакомиться с этой проблемой и почитать о вариантах её решения.
Микронутриенты и восстановление
При нехватке макроэлементов в организме начинаются проблемы и нарушение функциональности, а поскольку это многоуровневая сложная система, внутренние нарушения тянут за собой внешнее выражение. Для пополнения химическими элементами можно использовать 2 пути: медикаментозный (приём витаминных добавок и БАДов) и натуральный (наполнение рациона полезными веществами и витаминами, которые находятся в овощах и фруктах).
К сожалению, приём витаминов не гарантирует стопроцентного усвоения полученных элементов: только 15% от всех полезных веществ перерабатываются в организме, остальные выводятся естественным путём. А вот натуральный путь более эффективный, но требует регулярности и тщательного изучения потребности в конкретных элементах.
Диетологи с химиками разработали специальные таблицы, в которых указывается необходимое количество макроэлементов для организма с вычетом суточной нормы и указание, в каких продуктах находятся эти элементы в достаточном количестве. Для восполнения баланса йода диетологи советуют употреблять больше зелени, латука, салата и морской капусты. Из ягод большим запасом этого элемента обладает клубника.
Кальций содержится в молочных продуктах, петрушке и вяленой рыбке. Для пополнения баланса железа нужно употреблять мясо (это также запас белка), печень, бобовые и разные каши. Запасы магния находятся в шоколаде, семечках, яблоках и моркови, а цинка — в курице, картофеле, зелёных овощах и цитрусовых.
Чтобы выглядеть красиво и при этом хорошо себя чувствовать, достаточно правильно составить режим питания и включить в него необходимые для нормального функционирования продукты. Регулярное употребление свежих овощей и фруктов подарит не только заряд бодрости, но и пополнит запас макро- и микроэлементов для нормальной жизнедеятельности.
Загрузка...
