Биологически важные химические элементы кратко

Обновлено: 02.07.2024

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] [7] . Иногда ультрамикроэлементы не отделяют от микроэлементов [5] .

Основы биохимии. Общая химия

Периодическая система элементов Д. И. Менделеева

А. Биологически важные химические элементы

Живые организмы почти на 99% состоят из четырех химических элементов: водорода (Н), кислорода (О), углерода (С) и азота (N). Водород и кислород - составные элементы воды, на которую приходится 60-70% массы клетки (см. с. 198). Наряду с углеродом и азотом эти два элемента являются также основными составляющими органических соединений , участвующих в большинстве процессов жизнедеятельности. Многие биомолекулы содержат также атомы серы (S) и фосфора (Р). Перечисленные макроэлементы входят в состав всех живых организмов.

Химические элементы, относящиеся ко второй важной в биологическом отношении группе и в сумме составляющие примерно 0,5% массы человека, присутствуют, за немногими исключениями, в виде ионов . Эта группа включает щелочные металлы натрий (Na) и калий (К), щелочноземельные металлы магний (Мg) и кальций (Са). Галоген хлор (CI) также всегда присутствует в клетках в форме аниона. Другие жизненно важные (эссенциальные) химические элементы присутствуют в столь малых количествах, что их называют следовыми элементами . Эта группа включает переходные металлы железо (Fe), цинк (Zn), медь (Сu), кобальт (Со) и марганец (Мn). К жизненно важным микроэлементам относятся также некоторые неметаллы, такие, как иод (I) и селен (Se).

Б. Электронные конфигурации

Химические свойства элементов и типы связей, которые они могут образовывать, определяются строением электронной оболочки атомов. На схеме А приведены электронные конфигурации химических элементов. Объяснение символов и сокращений дано на схеме Б . Более детально вопросы строения атомов обсуждаются в учебниках по химии.

Возможные состояния электронов определяются различными энергетическими подуровнями, которые носят название орбиталей . Орбитали характеризуются главным квантовым числом и обозначаются буквами s, p или d. Орбитали заполняются последовательно, одна за другой, по мере увеличения числа электронов. На каждой орбитали могут располагаться только два электрона, которые должны иметь противоположно направленные, антипараллельные, спины ( ↓ и ↑ соответственно). На схеме А приведено распределение электронов на орбиталях для ряда химических элементов. Например, 6 электронов углерода ( 1 ) занимают 1s-, 2s-и 2р-орбитали. Заполненная 1s-орбиталь имеет электронную конфигурацию инертного газа гелия (Не). На схемах А и Б эта область электронной оболочки углерода обозначена знаком Не; в правом столбце рядом с химическим знаком на схеме А указаны электроны, занимающие другие заполненные орбитали (2s и 2р в случае углерода). Электронная оболочка атома хлора ( 2 ) состоит из оболочки инертного газа неона (Ne) и семи дополнительных электронов, занимающих 3s- и Зр-орбитали. В атоме железа ( 3 ), переходном металле первой побочной группы, электроны занимают 4s-орбиталь, при этом 3d-орбитали остаются незаполненными. Многие реакции переходных металлов, например реакции комплексообразования с основаниями, окислительно-восстановительные реакции, проходят с участием незаполненных d-орбиталей.

Биологически значимые элементы (в противоположность биологически инертным элементам) — химические элементы, необходимые живым организмам для обеспечения нормальной жизнедеятельности. Биологически значимые элементы классифицируют на макроэлементы (содержание которых в живых организмах составляет больше 0,01 %) и микроэлементы (содержание менее 0,001 %).

Содержание

Микро- и макроэлементы (кроме кислорода, водорода и азота), попадают в организм, как правило, при приёме пищи. Для их обозначения в английском языке существует термин Dietary mineral.

Макроэлементы

Эти элементы слагают плоть живых организмов. К макроэлементам относят те элементы, рекомендуемая суточная доза потребления которых составляет более 200 мг. Макроэлементы, как правило, поступают в организм человека вместе с пищей.

Биогенные элементы

Эти макроэлементы называют биогенными (органогенными) элементами или макронутриентами (англ. macronutrient ). Из макронутриентов преимущественно построены такие органические вещества, как белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. Для обозначения макронутриентов иногда используют акроним CHNO, состоящий из обозначений соответствующих химических элементов в таблице Менделеева.

Другие макроэлементы

Рекомендуемая суточная доза > 200 мг:

Микроэлементы

Микроэлементами называются элементы, содержание которых в организме мало, но они участвуют в биохимических процессах и необходимы живым организмам. Рекомендуемая суточная доза потребления микроэлементов для человека составляет менее 200 мг. В последнее время стал использоваться заимствованный из европейских языков термин микронутриент (англ. micronutrient ).

Поддержание постоянства внутренней среды (гомеостаза) организма предусматривает в первую очередь поддержание качественного и количественного содержания минеральных веществ в тканях органов на физиологическом уровне.

Основные микроэлементы

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

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

Совместимость

В процессе усвоения организмом витаминов, микроэлементов и макроэлементов возможен антагонизм (отрицательное взаимодействие) или синергизм (положительное взаимодействие) между разными компонентами.

Недостаток микроэлементов в организме

Основные причины, вызывающие недостаток минеральных веществ:

Неправильное или однообразное питание, некачественная питьевая вода.
Геологические особенности различных регионов земли — эндемические (неблагоприятные) районы.
Большая потеря минеральных веществ по причине кровотечений, болезнь Крона, язвенный колит.
Употребление некоторых лекарственных средств, связывающих или вызывающих потерю микроэлементов.

См. также

Литература

Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.
Добавить иллюстрации.

Фармакология
Химические элементы
Метаболизм

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Биологически значимые элементы" в других словарях:

Витамино-минеральный комплекс — Биологически значимые элементы (в противоположность биологически инертным элементам) химические элементы, необходимые организму человека или животного для обеспечения нормальной жизнедеятельности. Делятся на макроэлементы (содержание которых в… … Википедия

Макронутриент — Биологически значимые элементы (в противоположность биологически инертным элементам) химические элементы, необходимые организму человека или животного для обеспечения нормальной жизнедеятельности. Делятся на макроэлементы (содержание которых в… … Википедия

Макронутриенты — Биологически значимые элементы (в противоположность биологически инертным элементам) химические элементы, необходимые организму человека или животного для обеспечения нормальной жизнедеятельности. Делятся на макроэлементы (содержание которых в… … Википедия

Макроэлемент — Биологически значимые элементы (в противоположность биологически инертным элементам) химические элементы, необходимые организму человека или животного для обеспечения нормальной жизнедеятельности. Делятся на макроэлементы (содержание которых в… … Википедия

Макроэлементы — Биологически значимые элементы (в противоположность биологически инертным элементам) химические элементы, необходимые организму человека или животного для обеспечения нормальной жизнедеятельности. Делятся на макроэлементы (содержание которых в… … Википедия

Микронутриент — Биологически значимые элементы (в противоположность биологически инертным элементам) химические элементы, необходимые организму человека или животного для обеспечения нормальной жизнедеятельности. Делятся на макроэлементы (содержание которых в… … Википедия

Микронутриенты — Биологически значимые элементы (в противоположность биологически инертным элементам) химические элементы, необходимые организму человека или животного для обеспечения нормальной жизнедеятельности. Делятся на макроэлементы (содержание которых в… … Википедия

Микроэлемент — Биологически значимые элементы (в противоположность биологически инертным элементам) химические элементы, необходимые организму человека или животного для обеспечения нормальной жизнедеятельности. Делятся на макроэлементы (содержание которых в… … Википедия

Микроэлементы — Биологически значимые элементы (в противоположность биологически инертным элементам) химические элементы, необходимые организму человека или животного для обеспечения нормальной жизнедеятельности. Делятся на макроэлементы (содержание которых в… … Википедия

Минерал (биология) — Биологически значимые элементы (в противоположность биологически инертным элементам) химические элементы, необходимые организму человека или животного для обеспечения нормальной жизнедеятельности. Делятся на макроэлементы (содержание которых в… … Википедия

В живых организмах обнаружено более 70 химических элементов. Они являются составной частью определенных веществ, образующих структуры организма и участвующих в химических реакциях. Одних химических элементов в организмах содержится больше, других меньше, третьи присутствуют в ничтожных количествах.

Макроэлементы. Химические элементы, содержание которых в живых организмах составляет от десятков до сотых долей процента, называются макроэлементами. Живые организмы более чем на 98 % состоят из четырех химических элементов: кислорода (О), углерода (С), водорода (Н) и азота (N). Водород и кислород — составные элементы воды. Наряду с углеродом и азотом эти элементы являются основными составляющими органических соединений живых организмов.

В состав молекул многих органических веществ также входят сера (S) и фосфор (Р). Кроме того, к макроэлементам относятся натрий (Na), калий (К), магний (Mg), кальций (Са), хлор (С1) и др.

Важнейшим макроэлементом для организма человека является кальций. Его соединения, в частности ортофосфат, составляют минеральную основу костей и зубов. Другие соединения кальция участвуют в нервной и мышечной деятельности, входят в состав клеток и тканевой жидкости организма. Суточная потребность взрослого человека в кальции составляет от 0,8 до 2 г. Основные источники этого элемента — молоко, кефир, творог, сыр, рыба, фасоль, петрушка, зеленый лук, а также яйца, гречка, овсянка, морковь и горох.

Однако в пище могут также содержаться вещества, препятствующие усвоению кальция, например щавелевая кислота и фитин. Со щавелевой кислотой кальций образует малорастворимую соль, фитин тоже довольно прочно удерживает кальций. Поэтому важно не злоупотреблять блюдами из щавеля и шпината, в листьях которых содержится 0,1 —0,5 % щавелевой кислоты. Фитин, присутствующий в овощах и злаках, разрушается при нагревании, поэтому менее вреден. Ржаной хлеб полезнее пшеничного — в нем меньше фитина.

Микроэлементы. Жизненно важные элементы, которые содержатся в живых организмах в исключительно малых количествах (менее 0,01 %) составляют группу микроэлементов. К этой группе относятся некоторые металлы, например железо (Fe), цинк (Zn), медь (Си), марганец (Мп), кобальт (Со), молибден (Мо), а также неметаллы фтор (F), йод (I) и др.

Процентное содержание того или иного элемента не характеризует степень его важности в организме. Например, йод, содержание которого в норме в организме человека не превышает 0,0001 %, входит в состав гормонов щитовидной железы тироксина и т р и й о д т и р о н и н а. Эти гормоны регулируют обмен веществ, влияют на рост, развитие и дифференцировку тканей, на деятельность нервной системы.

Железо и медь входят в состав ферментов, участвующих в клеточном дыхании. Вместе с кобальтом они играют важную роль в процессах кроветворения. Цинк и марганец оказывают влияние на рост и развитие организмов. Фтор входит в состав костной ткани и эмали зубов. Более подробная информация о содержании и биологической роли химических элементов в живых организмах приведена в таблице 1.

Читайте также: