Химия в организме человека кратко

Обновлено: 02.07.2024

Многим химикам известны крылатые слова,сказанные в 40-х годах текущего столетия немецкими учеными Вальтером и Идой Ноддак, что в каждом булыжнике на мостовой присутствуют все элементы Периодической системы. Вначале эти слова были встречены далеко не с единодушным одобрением. Однако, по мере того как разрабатывались всё более точные методы аналитического определения химических элементов, учёные всё больше убеждались в справедливости этих слов.

Если согласиться с тем, что в каждом булыжнике содержатся все элементы, то это должно быть справедливо и для живого организма. Все живые организмы на Земле, в том числе и человек, находятся в тесном контакте с окружающей средой. Жизнь требует постоянного обмена веществ в организме. Поступлению в организм химических элементов способствуют питание и потребляемая вода. В соответствии с рекомендацией диетологической комиссии Национальной академии США ежедневное поступление химических элементов с пищей должно находиться на определённом уровне (табл. 1). Столько же химических элементов должно ежесуточно выводиться из организма, поскольку их содержания находятся в относительном постоянстве.

Предположения некоторых учёных идут дальше.Они считают, что в живом организме не только присутствуют все химические элементы, но каждый из них выполняет определённую биологическую функцию. Вполне возможно, что эта гипотеза не подтвердится. Однако, по мере того как развиваются исследования в данном направлении, выявляется биологическая роль всё большего числа химических элементов.

Организм человека состоит на 60% из воды, 34% приходится на органические вещества и 6% — на неорганические. Основными компонентами органических веществ являются углерод, водород, кислород, в их состав входят также азот, фосфор и сера. В неорганических веществах организма человека обязательно присутствуют 22 химических элемента: Ca, P, O, Na, Mg, S, B, Cl, K, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cr, Si, I, F, Se. Например, если вес человека составляет 70 кг, то в нём содержится (в граммах): кальция — 1700, калия — 250, натрия — 70, магния — 42, железа — 5, цинка — 3. Учёные договорились, что если массовая доля элемента в организме превышает 10 –2 %, то его следует считать макроэлементом. Доля микроэлементов в организме составляет 10 –3 –10 –5 % Если содержание элемента ниже 10 –5 %,, его считают ультрамикроэлементом. Конечно, такая градация условна. По ней магний попадает в промежуточную область между макро- и микроэлементами.

Жизненно необходимые элементы

Несомненно, время внесёт коррективы в современные представления о числе и биологической роли определённых химических элементов в организме человека. В данной статье мы будем исходить изтого, что уже достоверно известно. Роль макроэлементов, входящих в состав неорганических веществ, очевидна. Например, основное количество кальция и фосфора входит в кости (гидроксофосфат кальция Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂₂), а хлор в виде соляной кислоты содержится в желудочном соке.

Микроэлементы вошли в отмеченный выше ряд 22 элементов, обязательно присутствующих в организме человека. Заметим, что большинство из них — металлы, а из металлов больше половины являются d-элементами. Последние в организме образуют координационные соединения со сложными органическими молекулами. Так, установлено, что многие биологические катализаторы — ферменты содержат ионы переходных металлов (d-элементов). Например, известно, что марганец входит в состав 12 различных ферментов, железо — в 70, медь — в 30, а цинк — более чем в 100. Микроэлементы называют жизненно необходимыми, если при их отсутствии или недостатке нарушается нормальная жизнедеятельность организма. Характерным признаком необходимого элемента является колоколообразный вид кривой доза (n) — ответная реакция (R, эффект) (рис. 1).

При малом поступлении данного элемента организму наносится существенный ущерб. Он функционирует на грани выживания. В основном это объясняется снижением активности ферментов, в состав которых входит данный элемент. При повышении дозы элемента ответная реакция возрастаети достигает нормы (плато). При дальнейшем увеличении дозы проявляется токсическое действие избытка данного элемента, в результате чего не исключается и летальный исход. Кривую на рис. 1 можно трактовать так: всё должно быть в меру и очень мало и очень много вредно. Например, недостаток в организме железа приводит к анемии, так как оно входит в состав гемоглобина крови, а точнее, его составной части — гема. У взрослого человека в крови содержится около 2,6 г железа. В процессе жизнедеятельности в организме происходят постоянный распад и синтез гемоглобина. Для восполнения железа, потерянного с распадом гемоглобина, человеку необходимо суточное поступление в организм с пищей в среднем около 12 мг этого элемента. Связь анемии с недостатком железа была известна врачам давно, так как ещё в XVII веке в некоторых европейских странах при малокровии прописывали настой железных опилок в красном вине. Однако избыток железа в организме тоже вреден. С ним связан сидероз глаз и лёгких — заболевания, вызываемые отложением соединений железа в тканях этих органов. Главный регулятор содержания железа в крови — печень.

Недостаток в организме меди приводит к деструкции кровеносных сосудов, патологическому росту костей, дефектам в соединительных тканях. Кроме того, считают, что дефицит меди служит одной из причин раковых заболеваний. В некоторых случаях поражение лёгких раком у людей пожилого возраста врачи связывают с возрастным снижением содержания меди в организме. Однако избыток меди в организме приводит к нарушению психики и параличу некоторых органов (болезнь Вильсона). Человеку причиняют вред лишь относительно большие количества соединений меди. В малых дозах их используют в медицине как вяжущее и бактериостазное (задерживающее рост и размножение бактерий) средство. Так, например, сульфат меди (II) применяют при лечении конъюктивитов в виде глазных капель (25%-ный раствор), а также для прижиганий при трахоме в виде глазных карандашей (сплав сульфата меди(II), нитрата калия, квасцов и камфоры). При ожогах кожи фосфором проводят её обильное смачивание 5%-ным раствором сульфата меди (II).

Жизненно необходимые элементы натрий и калий функционируют в паре. Надёжно установлено, что всем живым организмам присуще явление ионной асимметрии — неравномерное распределение ионов внутри и вне клетки. Например, внутри клеток мышечных волокон, сердца, печени, почек имеется повышенное содержание ионов калия по сравнению с внеклеточным. Концентрация ионов натрия, наоборот, выше вне клетки, чем внутри её. Наличие градиента концентраций калия и натрия — экспериментально установленный факт. Теперь исследователей волнует вопрос о природе калий-натриевого насоса и его функционировании (см. статьи В.А. Опритова Электричество в жизни животных и растений: Соросовский Образовательный Журнал.1996. № 9. С. 40–46; В.Ф. Антонова Биофизикамембран: Там же. 1997. № 6. С. 14–20). Интересно, что по мере старения организма градиент концентраций ионов калия и натрия на границе клеток падает. При наступлении смерти концентрации калия и натрия внутри и вне клетки сразу же выравниваются.

Биологическая функция других щелочных металлов в здоровом организме пока неясна. Однако имеются указания, что введением в организм ионов лития удаётся лечить одну из форм маниакально-депрессивного психоза. Приведём табл. 2, из которой видна важная роль других жизненно необходимых элементов.

Примесные элементы

Имеется большое число химических элементов, особенно среди тяжёлых, являющихся ядами для живых организмов, — они оказывают неблагоприятное биологическое воздействие. В табл. 3 приведены эти элементы в соответствии с Периодической системой Д.И. Менделеева.

За исключением бериллия и бария, эти элементы образуют прочные сульфидные соединения. Существует мнение, что причина действия ядов связана с блокированием определённых функциональныхгрупп (в частности, сульфгидрильных) протеина или же с вытеснением из некоторых ферментов ионов металлов, например меди и цинка. Элементы, представленные в табл. 3, называют примесными. Их диаграмма доза — эффект имеет другую форму по сравнению с жизненно необходимыми (рис. 2). До определённого содержания этих элементов организм не испытывает вредного воздействия, но при значительном увеличении концентрации они становятся ядовитыми.

Встречаются элементы, которые в относительно больших количествах являются ядами, а в низких концентрациях оказывают полезное влияние. Например, мышьяк — сильный яд, нарушающий сердечно-сосудистую систему и поражающий почки и печень, в небольших дозах полезен, и врачи прописывают его для улучшения аппетита. Кислород, необходимый человеку для дыхания, в высокой концентрации (особенно под давлением) оказывает ядовитое действие.

Из этих примеров видно, что концентрация элемента в организме играет весьма существенную, а порой и катастрофическую роль. Среди примесных элементов имеются и такие, которые в малых дозах обладают эффективными лечащими свойствами. Так, давно было замечено бактерицидное (вызывающее гибель различных бактерий) свойство серебра и его солей. Например, в медицине раствор коллоидного серебра (колларгол) применяют для промывания гнойных ран, мочевого пузыря, при хронических циститах и уретитах, а также в виде глазных капель при гнойных конъюктивитах и бленнорее. Карандаши из нитрата серебра применяют для прижигания бородавок, грануляций. В разбавленных растворах (0,1–0,25%) нитрат серебра используют как вяжущее и противомикробное средство для примочек, а также в качестве глазных капель. Учёные считают, что прижигающее действие нитрата серебра связано с его взаимодействием с белками тканей, что приводит к образованию белковых солей серебра — альбуминатов. Серебро пока не относят к жизненно необходимым элементам, однако уже экспериментально установлено его повышенное содержание в мозгу человека, в железах внутренней секреции, печени. В организм серебро поступает с растительной пищей, например с огурцами и капустой.

В табл. 4 приведена Периодическая система, в которой охарактеризована биоактивность отдельных элементов [1]. Оценка основана на проявлении симптомов дефицита или избытка определённого элемента. Она учитывает следующие симптомы (в порядке возрастания эффекта): 1 — снижение аппетита; 2 — потребность в изменении диеты; 3 — значительные изменения состава тканей; 4 — повышенная повреждаемость одной или нескольких биохимических систем, проявляющаяся в специальных условиях; 5 — недееспособность этих систем в специальных условиях; 6 — субклинические признаки недееспособности; 7 — клинические симптомы недееспособности и повышенная повреждаемость; 8 — заторможенный рост; 9 — отсутствие репродуктивной функции. Крайней формой проявления дефицита или избытка элемента в организме является смертельный исход. Оценка биоактивности элемента сделана по девятибальной шкале в зависимости от характера симптома, для которого выявлена специфичность.

При такой оценке наиболее высоким баллом характеризуются жизненно необходимые элементы.

Заключение

Выявление биологической роли отдельных химических элементов в функционировании живых организмов (человека, животных, растений) — важная и увлекательная задача. Минеральные вещества, как и витамины, часто действуют как коферменты при катализе химических реакций, происходящих всё время в организме.

Усилия специалистов направлены на раскрытие механизмов проявления биоактивности отдельных элементов на молекулярном уровне (см. статьи Н.А. Улахновича Комплексы металлов в живых организмах: Соросовский Образовательный Журнал. 1997. № 8. С. 27–32; Д.А. Леменовского Соединения металлов в живой природе: Тамже. № 9. С. 48–53). Нет сомнения, что в живых организмах ионы металлов находятся в основном в виде координационных соединений с биологическими молекулами, которые выполняют роль лигандов. В статье из-за ограниченности объёма приведён материал, относящийся главным образом к организму человека. Выяснение роли металлов в жизнедеятельности растений, несомненно, окажется полезным для сельского хозяйства. Работы в этом направлении широко ведутся в лабораториях различных стран.

Весьма интересен вопрос о принципах отбора природой химических элементов для функционирования живых организмов. Не вызывает сомнения, что их распространённость не является решающим фактором. Здоровый организм сам способен регулировать содержание отдельных элементов. При наличии выбора (пищи и воды) животные инстинктивно могут вносить лепту в это регулирование. Возможности растений в данном процессе ограничены. Сознательное регулирование человеком содержания микроэлементов в почве сельскохозяйственных угодий также одна из важных задач, стоящих перед исследователями. Знания, полученные учёными в этом направлении, уже оформились в новую отрасль химической науки — бионеорганическую химию. Поэтому уместно напомнить слова выдающегося учёного XIX века А. Ампера: Счастливы те, кто развивает науку в годы, когда она не завершена, но когда в ней уже назрел решительный поворот. Эти слова могут быть особенно полезны тем, кто стоит перед выбором профессии.

Литература

Ершов Ю.А., Плетенёва Т.В.

Кукушкин Ю.Н.

Лазарев Н.В.

Яцимирский К.Б.

Kaim W., Schwederski B.

Об авторе:
Юрий Николаевич Кукушкин, доктор химических наук, профессор, зав. кафедрой неорганической химии Санкт-Петербургского государственного технологического института, заслуженный деятель науки РФ, лауреат премии им. Л.А. Чугаева АН СССР, академик РАЕН. Область научных интересов — координационная химия и химия платиновых металлов. Автор и соавтор более 600 научных статей, 14 монографий, учебников и научно-популярных книг, 49 изобретений.

Наш организм, как известно, состоит из клеток, которые в свою очередь включают в себя органические и неорганические соединения, выполняющие разные функции. Неорганические химические элементы важны для слаженной работы всего организма, поэтому дефицит или избыток каждого из них может привести к образованию болезней.

В человеческом теле насчитывается 81 неорганических элементов. Все они обеспечивают функции жизнедеятельности:

Являются строительным материалом для органов тела.
Образуют соединения с витаминами и гормонами.
Участвуют в обмене веществ, а также в биохимических процессах.
Принимают участие в синтезе ферментов и белков.

Избыток, дефицит или дисбаланс микро- и макроэлементов соответственно обуславливает различного рода болезни, депрессию, усталость. Причинами этого являются – экологические проблемы, негативное влияние окружающей среды, вредная работа, плохой образ жизни, неполноценное питание.

Это заболевание называется микроэлементоз, ему подвергаются, в первую очередь дети и подростки, люди с хроническими болезнями эндокринной системы и ЖКТ, кормящие грудным молоком женщины.

Все химические элементы поделены на две группы: микроэлементы и макроэлементы. Вторые называют еще основными, которых в организм взрослого человека с массой 55 – 65 кг должно поступать около 100 мг в сутки.

К данной группе причисляют: хлор, углерод, кислород, водород, фосфор, натрий, магний, калий, кальций, сера, азот. Дневная норма потребления всех микроэлементов составляет приблизительно 70 мг. Это – железо, марганец, йод, цинк, бром, селен, медь, фтор, хром, кобальт, молибден.

Нужные вещества человек получает из пищи. Но их содержание в воде и продуктах питания замкнуто в цикл: почва – растения – животные – человек. Если грунт беден на некоторые элементы, значит и поступать в организм человека будет меньше нормы (даже если продукты качественные и натуральные). В этом случае требуется дополнительное потребление пищевых добавок.

Различные лекарственные формы поливитаминных комплексов включают в себя все виды витаминов и химических элементов, но имеют свои недостатки. Встречаются они в виде таблеток или капсул, а также в форме порошка, сиропа или шипучек.

Первая группа зачастую имеет неприятный запах и может раздражать слизистую желудка. Вторая в таком виде не всегда нравится взрослым, но хорошо давать детям. Покупая поливитамины, следует обращать внимание на состояние упаковки, потому что добавки, созданные на основе сульфатов, селенитов, карбонатов имеют плохую растворимость и усвояемость.

Лучше выбирать, содержащие биоорганические соли, например лактат магния, ведь в таком виде минералы включаются в обмен веществ. Также стоит обратить внимание, что чем больше вмещает в себя пищевая добавка элементов, тем сильнее будут одни вещества вытеснять другие:

Кальций (Са) вытесняет фосфор и цинк.
Железо (Fe) препятствует усвоению меди и цинка.
Марганец (Mn) притесняет магний и медь.
Цинк (Zn) блокирует усвояемость железа и меди.
Медь (Cu) вытесняет цинк и молибден.

Также, кроме необходимых элементов, в человеческий организм могут поступать и опасные для здоровья минералы.

Алюминий (Al). Он опасен тем, что его избыток поражает нервную систему, снижает память и способность к вниманию. Его дозы проникают через кожу с присыпками, тальком, кремами, дезодорантами, стойкой губной помадой. Значительно получаем Аl вместе с пищей, приготовленной в алюминиевой посуде.

Барий (Ba). Избыток этого элемента приводит к появлению слабости, одышки, выпадения волос, аритмии, гипертонии, рините, повреждению глазных век. Получают его люди, работающие в промышленности, а также те, кто часто проходил рентгеновское обследование с использованием барий сульфата.

Свинец (Pb). Это опасный тяжелый метал, который поражает кости, мышцы, мозг и почки. Из-за длительного воздействия страдает нервная система, у детей это проявляется гиперактивностью и потери ориентации в пространстве.

Химическим состав тела человека. Человек — это неотъемлемая часть живой природы и имеет такую же химическую организацию, какую имеют все живые организмы на Земле. Её основу составляют неорганические и органические вещества, построенные 70 химическими элементами. Эти элементы называются биогенными (т. е. рождающими жизнь).

Атомы таких элементов занимают первые четыре периода таблицы Д. И. Менделеева и, следовательно, характеризуются небольшими радиусами и сравнительно малой относительной атомной массой. Поэтому они способны давать прочные ковалентные связи, чем и объясняется их биологическая роль. На диаграмме (рис. 103) показано, из каких химических элементов состоит тело человека.

Рис. 103. Химические элементы в организме человека

Если массовая доля элемента в организме превышает 10 -2 %, то его следует отнести к макроэлементам. На 4 элемента — кислород, углерод, водород и азот — приходится 96% массы тела человека. Кроме этих элементов к макроэлементам относятся фосфор, сера, кальций, калий, натрий.

Неорганические вещества, образованные химическими элементами, относятся к разным типам и классам веществ.

Например, простое вещество кислород составляет основу дыхания, к оксидам относятся известные каждому человеку вода и углекислый газ, к основаниям — образующийся при распаде белков аммиак, к кислотам — содержащаяся в желудке соляная кислота. Однако наибольшая доля неорганических веществ приходится на минеральные соли.

В то время как неорганические вещества встречаются и в неживой природе, органические соединения характерны только для живых организмов. К таким соединениям относят белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты, витамины, гормоны, АТФ. Процентный состав их (а также воды) представлен в таблице 9.

Таблица 9
Состав веществ тела взрослого человека, %

Трёхдневный человеческий зародыш на 97% состоит из воды, трёхмесячный — на 91%, восьмимесячный — на 81% , новорождённый ребёнок — на 80%, годовалый — на 70%. В организме взрослого человека воды немного меньше — 68%. При старении этот процент уменьшается до 60—65% (рис. 104).

Рис. 104. Уменьшение с возрастом содержания воды в организме человека

Без пищи человек может прожить около месяца, если во время этой голодовки будет потреблять жидкость, а без воды он погибнет через несколько дней. Взрослый человек для поддержания своей жизни должен получать около 2,5 л воды в сутки, за 60 лет в среднем выпивается 50 т воды — целая железнодорожная цистерна.

При нормальных условиях организм здорового человека находится в состоянии водного равновесия, т. е. количество потребляемой и образующейся в организме воды равно выделяемой. Нарушение этого равновесия приводит к тяжёлым последствиям.

Функции воды в организме человека. Как вы уже знаете из курса 10 класса, вода играет большую роль в организации жизни на Земле. Напомним основные функции воды применительно к человеку.

Вода — транспортное средство для циркулирующих в теле клеток крови, она же обеспечивает транспортировку всех веществ в пределах организма. Все жизненные процессы протекают с участием воды, они связаны с её постоянным перераспределением и перемещением. Процессы пищеварения, обмена веществ, кроветворения, синтеза тканей совершаются в водных растворах и с участием воды. Она доставляет в органы человеческого тела химические вещества, участвующие в координации физиологических и биохимических процессов, осуществляемых через жидкие среды организма. Вода играет важную роль и в газообмене, так как растворяет кислород и углекислый газ. Ядовитые шлаки удаляются из нашего организма только в водной среде.

Вода приводит в действие ионные насосы, так как свободно проходит через мембраны и обеспечивает перемещение ионов натрия и калия в обоих направлениях по всей длине нервных отростков, что обеспечивает нейропередачу в головном и спинном мозге, а также в нервах. Вода транспортирует в клетку натрий, а калий выводит, за счёт этого и создаётся разность потенциалов в 60 мВ. На клеточных мембранах располагаются сотни тысяч ионных насосов, генерирующих напряжение.

Вода регулирует температуру нашего тела, осуществляя теплопередачу с поверхности кожи (рис. 105), а также путём испарения пота.

Рис. 105. Терморегуляция у бегущего спортсмена осуществляется через кожу

Вода
Благоволила
Литься!

Она
Блистала
Столь чиста,

Что — ни напиться,
Ни умыться,
И это было неспроста.

Ей не хватало
Ивы, тала
И горечи цветущих лоз.

Ей водорослей не хватало
И рыбы, жирной от стрекоз.
Ей не хватало быть волнистой,
Ей не хватало течь везде.

В стихотворении Мартынова отражена не вся диалектика: при продолжительном употреблении дистиллированная вода вредна для организма, так как вымывает из клеток желудка и кишечника полезные соли, необходимые для нормальной жизнедеятельности. Однако без дистиллированной воды не будет целой промышленности, работающей на здоровье человека, — фармацевтической, ведь все лекарственные и медицинские растворы готовятся на дистиллированной воде.

Минеральные вещества. Минеральные вещества присутствуют в клетках в виде нерастворимых солей (например, основное количество кальция и фосфора содержится в костях в форме гидроксофосфата кальция Са₁₀(РО₄)₆(ОН)₂) или в форме молекул и ионов (например, соляная кислота желудка необратимо диссоциирует как сильный электролит на ионы Н + и Сl - ) содержатся в жидких средах организма (табл. 10).

Таблица 10
Концентрация ионов в жидких средах организма человека

Напомним, что осмотическое давление — это избыточное давление на клеточные жидкости, отделённые от внеклеточных жидкостей полупроницаемой мембраной, при котором прекращается диффузия внеклеточных веществ.

Заболевания, связанные с недостатком или избытком некоторых химических элементов в организме человека. Установлено, что многие биологические катализаторы — ферменты — содержат ионы переходных металлов (d-элементов). Например, известно, что марганец входит в состав 12 различных ферментов, железо — в состав 70, медь — в состав 30, а цинк — в состав более чем 100 ферментов.

Недостаток в организме железа приводит к анемии (малокровию), так как оно входит в состав гемоглобина крови, а точнее его небелковой части — гема. У взрослого человека в крови содержится около 2,6 г железа. Для восполнения железа, потерянного с распадом гемоглобина, человеку необходимо суточное поступление в организм с пищей в среднем около 12 мг этого элемента. Связь анемии с недостатком железа была известна врачам давно, ещё в XVII в. в некоторых европейских странах при малокровии прописывали настой железных опилок в красном вине. Однако избыток железа в организме тоже вреден. С ним связан сидероз глаз или лёгких — заболевание, вызываемое отложением соединений железа в тканях этих органов. Главный регулятор содержания железа в крови — печень.

Недостаток в организме меди приводит к нарушению стенок кровеносных сосудов, патологическому росту костей, дефектам в соединительных тканях. Кроме того, считают, что дефицит меди служит одной из причин раковых заболеваний. В некоторых случаях поражение лёгких раком у людей пожилого возраста врачи связывают с возрастным снижением содержания меди в организме. Избыток же меди приводит к нарушению психики и параличу некоторых органов (болезнь Вильсона). Человеку причиняют вред лишь относительно большие количества соединений меди. В малых дозах их используют в медицине как вяжущее и бактериостазное (задерживающее рост и размножение бактерий) средство. Так, например, сульфат меди (II) применяют при лечении конъюнктивитов в виде глазных капель (25%-й раствор), а также для прижиганий при трахоме в виде глазных карандашей (сплав сульфата меди (II), нитрата калия, квасцов и камфары). При ожогах кожи фосфором проводят её обильное смачивание 5% -м раствором сульфата меди (II).

В таблице 11 приведены симптомы, возникающие при дефиците в организме человека разных химических элементов.

Таблица 11
Характерные симптомы при дефиците химических элементов
в организме человека

Основные классы органических веществ (белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты) и их значение были рассмотрены при изучении уровней организации жизни на Земле. Биологические функции веществ этих классов характерны для всех живых организмов, включая человека.

Другие биологически активные вещества — гормоны, витамины и лекарства — будут рассмотрены далее в отдельных параграфах.

Окружающий нас мир построен из атомов химических элементов. Недра земли, бескрайние водные просторы, воздушный океан и космические тела, а также абсолютно все живые организмы от вирусов и бактерий до человека, т.е. весь мир неживой и живой природы — все это представляет собой сочетание атомов химических элементов, связанных друг с другом в определенном порядке химическими связями. Остается только удивляться тому, как из сотни химических элементов природа создала такое бесконечное разнообразие веществ, тел, организмов.

Химические элементы в зависимости от массовой доли в организме человека делят на макроэлементы (содержание более 10 -1 %), микроэлементы (10 -1 — 10 -5 %) и ультрамикроэлементы (массовая доля менее 10 -5 %).

Массовая доля некоторых химических элементов в организме человека

Из таблицы следует, что безусловное лидерство по массовой доле в организме принадлежит кислороду, углероду, водороду, азоту. Наряду с фосфором и серой эти элементы называют органогенами, т.е. элементами, рождающими органические вещества.

Основное количество хлора, содержащегося в организме человека, представлено хлорид-анионами Сl - . Ведь основу желудочного сока составляет соляная кислота, а в состав плазмы крови входит хлорид натрия. Фосфор в виде фосфата кальция — главный неметалл костной ткани. Он входит в состав важнейшего энергетического соединения клетки — аденозинтрифосфата (АТФ).

Содержание элементов-металлов в организме человека невелико, однако нормальное функционирование и развитие живого организма без них невозможно.

Больше других металлов в организме человека содержится кальция. Этот элемент входит в состав костной ткани (в том числе в виде фосфата кальция), обнаружен в сыворотке крови.

Большинство жизненно необходимых микроэлементов-металлов расположены в побочных подгруппах периодической системы. Благодаря особенностям строения атомов они образуют соединения со сложными органическими молекулами. Установлено, например, что многие биологические катализаторы (ферменты) содержат в своем составе атомы металлов побочных подгрупп.

Химические элементы входят в состав организма человека в виде неорганических и органических соединений. Человек в среднем на 60% состоит из воды, 34% приходится на органические вещества и 6% — на неорганические. К жизненно важным органическим веществам относятся жиры, углеводы, белки, витамины.

Жиры играют важную роль в природе. Для живых организмов они являются одним из источников энергии, которая выделяется при их окислении. Благодаря особенностям химического состава и строения жиры — наиболее калорийный компонент пищи.

Обычно лишь небольшая часть жира в организме откладывается в запас. Малоподвижный образ жизни некоторых людей не требует большого количества энергии. Нарушается баланс между поступлением в организм и расходом энергоемких веществ, а это приводит к ожирению. Поэтому питание должно быть рациональным. Однако жиры обязательно должны присутствовать в рационе, так как служат не только источником энергии, но и поставщиком необходимых нашему организму соединений; с ними мы получаем незаменимые жирные кислоты, без которых нарушается обмен веществ, витамины, холестерин.

В настоящее время чаще говорят не о ценности холестерина, а о вреде, связанном с его ролью в развитии атеросклероза. При избытке в крови это вещество оседает на стенках кровеносных сосудов, образуя бляшки, которые частично закупоривают сосуды. При этом ограничивается доступ кислорода с кровью к миокарду, развивается ишемическая болезнь сердца (кислородная недостаточность).

Глюкоза С₆Н₁₂О₆ относится к группе моносахаридов. Этот углевод легко проникает в кровь человека и транспортируется внутри организма. В клетках происходит окисление глюкозы, этот процесс сопровождается выделением энергии:

Глюкоза поддерживает ослабленный организм, нормализует пищеварение. В природе этот моносахарид встречается в спелых фруктах, ягодах. Особенно много ее в винограде, поэтому ее называют также виноградным сахаром. В крови человека содержится примерно 0,1% глюкозы. Анализ крови на сахар связан с определением ее содержания. Как избыток, так и недостаток глюкозы вредны для организма.

Крахмал (С₆Н₁₀О₅)_n — полисахарид, состоящий из множества звеньев, которые представляют собой остатки молекул глюкозы.

Крахмал — основной углевод пищи. Подобно жирам крахмал в организме подвергается гидролизу. Этот процесс начинается уже при пережевывании пищи под действием фермента, содержащегося в слюне. Гидролиз крахмала продолжается в желудке и кишечнике. Конечный продукт этого процесса — глюкоза. Избыток ее откладывается в печени в виде еще одного высокомолекулярного углевода — гликогена.

Целлюлоза или клетчатка (С₆Н₁₀О₅)_n — растительный полисахарид, подобно крахмалу состоящий из множества звеньев, которые представляют собой остатки молекул глюкозы. Гигантские молекулы целлюлозы линейны в отличие от крахмала, имеющего в основном молекулы разветвленного строения.

Клетчатка поступает к нам в организм с растительной пищей. Из организма человека клетчатка практически полностью выводится непереваренной, но при этом она способствует повышению выделения пищеварительных соков, нормализуя работу кишечника.

Белки — природные высокомолекулярные соединения (биополимеры), структурную основу которых составляют полипептидные цепи, построенные из остатков аминокислот.

Жиры и углеводы состоят из углерода, водорода и кислорода, а в состав белков кроме этих трех элементов обязательно входит азот. Белки являются основой всего живого на Земле и выполняют в организмах многообразные функции.

Читайте также: