Что такое макроэлементы и микроэлементы в биологии определение кратко

Обновлено: 04.07.2024

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

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.

Органические вещества клетки

К органическим соединениям, находящимся внутри живого относят:

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).
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.
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.
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.
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.

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

Макроэлементы — это вещества, необходимые для нормальной жизнедеятельности организма человека. Они должны поступать с пищей в количестве от 25 граммов. Макроэлементы — это простые химические вещества. Это могут быть как металлы, так и неметаллы. Однако они необязательно должны поступать в организм в чистом виде. В большинстве случаев макро- и микроэлементы поступают с пищей в составе солей и других химических соединений.

Макроэлементы — это какие вещества?

В организм человека должно поступать 12 макроэлементов. Из них четыре называют биогенными, так как их количество в организме наибольшее. Такие макроэлементы — это основа жизни организмов. Из них состоят клетки.

Биогенные

К макроэлементам относятся:

Их называют биогенными, так как они являются основными составляющими живого организма и входят в состав почти всех органических веществ.

Другие макроэлементы

К макроэлементам относятся:

Их количество в организме меньше, чем биогенных макроэлементов.

Что такое микроэлементы?

Микро- и макроэлементы отличаются тем, что микроэлементов организму необходимо меньше. Чрезмерное поступление их в организм оказывает негативное влияние. Однако и их недостаток также вызывает заболевания.

Вот список микроэлементов:

железо;
фтор;
медь;
марганец;
хром;
цинк;
алюминий;
ртуть;
свинец;
никель;
йод;
молибден;
селен;
кобальт.

Некоторые микроэлементы при превышении дозировки становятся чрезвычайно токсичными, например ртуть и кобальт.

Какую роль эти вещества выполняют в организме?

Рассмотрим функции, которые выполняют микроэлементы и макроэлементы.

Функции, выполняемые некоторыми микроэлементами, до сих пор не до конца изучены, так как чем меньше элемента присутствует в организме, тем сложнее определить процессы, в которых он принимает участие.

Роль микроэлементов в организме:

Макроэлементы клетки и ее микроэлементы

Рассмотрим ее химический состав в таблице.

Мы рассмотрели химический состав клетки на уровне элементов, но стоит учесть, что они, естественно, не содержатся в ней в чистом виде, а объединяются в органические и неорганические химические элементы.

В какой еде есть нужные организму элементы?

Рассмотрим в таблице, в каких продуктах содержатся макро- и микроэлементы.

Дрожжи, говядина, помидоры, сыр, кукуруза, яйца, яблоки, телячья печень

Абрикосы, персики, черника, яблоки, бобы, шпинат, кукуруза, гречка, овсянка, печень, пшеница, орехи

Морская капуста, рыба

Курага, миндаль, фундук, изюм, фасоль, арахис, чернослив, горох, морская капуста, картошка, горчица, кедровые орешки, грецкие орехи

Рыба (камбала, тунец, карась, мойва, скумбрия, хек и др.), яйца, рис, горох, гречка, соль

Минеральные вещества, как и витамины, являются незаменимыми питательными веществами и, хотя они и не являются источником энергии, должны поступать в организм с пищей и водой в определенных количествах.

Минеральные компоненты непосредственно задействованы во всех, без исключения, биохимических течениях в органах, воздействуя на формирование и рост, на функции оплодотворения, дыхания, гемопоэз.

Минеральные вещества подразделяются на две группы: макро- и микроэлементы. Их отличие состоит в том, что потребность человека в макроэлементах составляет от нескольких граммов до несколько миллиграммов в день, а в микроэлементах - в десятки раз меньше.

К макроэлементам относятся кальций, фосфор, магний, калий, натрий, хлор и сера, к микроэлементам - железо, медь, цинк, йод, фтор, марганец и др.

Источником большинства минеральных веществ является пища, и только хлорид натрия вводится в рацион дополнительно в химически чистом виде (поваренная соль). Разнообразное питание с использованием в достаточном количестве всех групп продуктов питания позволяет полностью обеспечить организм минеральными веществами. Для полноценной и правильной работы организма необходимо поддерживать сбалансированное их количество.

Последствия дефицита минеральных веществ.

При недостаточном получении микроэлементов и макроэлементов с едой, органы и системы останавливается в формировании и развитии, расстраивается обмен веществ, ход деления клеток и трансляции генетической информации. Нехватка или излишнее получение микро — и макроэлементов, неизменно приведет к формированию аномальных трансформаций и, вполне возможно, к появлению специфических болезней - микроэлементозы. Это название связывает заболевания и симптомы, определенные недостатком, излишком или нарушением баланса микроэлементов. Несоответствующее получение микроэлементов является источником (исходя из уровня недостатка или избытка) к физиологическим трансформациям в рамках обычной регуляции, либо к существенным сбоям метаболизма, либо к появлению специфических недугов. Необходимо иметь информацию об основных минеральных веществах, о продуктах, в которых они наличествуют, об их численном содержании. Также нужно знать, какие негативные последствия несет для здоровья дефицит того или другого вещества.

Кальций - центральная составляющая в строении зубов и костной ткани. Данный макроэлемент обладает способностью координировать нервную и мышечную работу, факторы сужения и расширения сосудов, секрецию эндокринных желез, течение гемостаза.

Магний - редкостный элемент, являющийся необходимым соучастником обменной деятельности в организме. Кроме всего прочего, макроэлемент крайне важен для взаимодействия работы мышц, трансляции нервных импульсов и упорядочивании ритма сердца.

Селен - элемент, находящийся в белках, которые производят энзимы для предохранения клеток от разрушительного влияния свободных радикалов. Недостаток данного полезного микроэлемента ухудшает деятельность работы сердца, снижает иммунитет, расстраивает процесс функционирования щитовидной железы.

Цинк - незаменимый микроэлемент для правильной работы иммунной системы. Необходимое присутствие цинка в организме форсирует действие расщепления углеводов, помогает быстрому затягиванию повреждений на теле.

Йод - стержневой микроэлемент для гормонов щитовидной железы - трийодтиронина и тироксина. Только эти вещества помогают регуляции обменных функций, упорядочивают функции роста, поддерживают деятельность репродуктивной сферы.

Медь - центральная составляющая ферментов, нужных и важных для реализации функций ЦНС, урегулированию хода производства энергии и прочих процессов, для создания соединительной ткани, и выработки меланина.

Железо - база биологической структуры - гем. Он - соучастник в течение кислородного обмена и разрушении токсических элементов. Железо включено в содержание гемоглобина - белка, из которого состоят эритроциты. Без присутствия этого полезного микроэлемента дыхательная деятельность на клеточном уровне была бы невозможна.

Хром - микроэлемент увеличивает влияние инсулина и способствует толерантности к глюкозе. Признаки недостатка хрома выражаются в снижении терпимости систем к глюкозе, невропатии.

Марганец - нужен для здорового состояния костного каркаса человека, артерий, для лучшего лечения тканей организма и выработки коллагена. Марганец находится в содержании энзимов, задействованных в обменных течениях и оберегает нас от влияния свободных радикалов.

Для оптимального обеспечения здорового человека всеми необходимыми минеральными веществами необходимо разнообразно и полноценно питаться, включая все группы продуктов в свой рацион или дополнять его приемом биологически-активных добавок (после консультации со специалистом).

Макроэлементы, микроэлементы, нутриенты – очень похожие слова, и мы часто видим, что их путают. В этом нет ничего стыдного, но разбираться и называть все правильно – гораздо круче.

Нутриенты разделяются на группы:

Базовые элементы – то же самое, что макронутриенты – самые значимые элементы, которые выступают ядром и каркасом организма.
Макроэлементы – содержание каждого из них больше 0,1 % массы тела. Они участвуют в ключевых функциях организма.
Жизненно важные микроэлементы – содержание каждого меньше 0,1 % массы тела, но при этом без них организм также не сможет существовать.
Прочие микроэлементы – условно жизненно необходимые, токсичные и малоизученные – ученые еще не знают, насколько они важны для организма.

Базовые элементы

Базовые элементы играют ключевую роль в организме, так как из них построены аминокислоты, жиры и азотистые основания (из них состоят молекулы ДНК и РНК).

К базовым элементам относятся кислород (65 % массы тела), углерод (18,5 %), водород (9,5 %) и азот (3,2 %). Таким образом, наш организм на 96,2 % состоит только из этих 4 элементов.

Углерод создает скелет для связывания других атомов и элементов. Фактически углерод – это строительные блоки нашего тела. Азот, водород и кислород связываются с углеродом, образуя органические вещества.

Макроэлементы

К макроэлементам относятся элементы, содержание которых превышает 0,1 % от массы тела:

кальций – 1,5 %;
фосфор – 1 %;
калий – 0,4 %;
сера – 0,3 %;
натрий – 0,2 %;
хлор – 0,2 %;
магний – 0,1 %.

Кальций

Основная роль кальция в организме человека – формирование костей и зубов. Также элемент участвует в сокращении и расширении сосудов, работе мышечной ткани и гормональной системы, передаче нервных импульсов.

Суточная потребность в кальции (согласно рекомендациям ВОЗ):

дети до 1 года – 300-400 мг;
1-3 года – 500 мг;
4-6 лет – 600 мг;
7-10 лет – 1300 мг;
юноши и девушки 11-18 лет – 1300 мг;
взрослые старше 19 лет – 1000 мг;
беременные – 1200 мг.

Лучшие источники кальция:

молочная продукция – молоко, сыры, йогурты;
зеленые овощи – брокколи, салат кейл, шпинат;
злаки, орехи, семена – миндаль, чиа, кунжут;
рыба и морепродукты – моллюски, форель, сардины.

Избыток кальция в организме называется гиперкальциемией и может проявляться в чрезмерной жажде, расстройстве желудка, боли в костях, мышечной слабости, усталости, депрессии и нарушениях работы сердца.

Дефицит кальция – гипокальциемия – выражается в виде судорог и спазмов; неврологических и психических изменениях; ухудшении состояния волос, ногтей, зубов и кожи.

Фосфор

Фосфор – структурный компонент костей и зубов, а также молекул ДНК и РНК. Элемент участвует в выработке и хранении энергии АТФ, работе кровеносной и иммунной систем. 40-70 % фосфора организм усваивает из пищи.

Суточная потребность в фосфоре:

дети 6-11 лет – 500-1250 мг;
юноши и девушки 12-19 лет – 1250 мг;
взрослые старше 19 лет – 700 мг.

Лучшие источники фосфора:

красное мясо – говядина, курица;
молочная продукция – сыры;
рыба – карп;
злаки, орехи, семена – кунжут, тыква, конопля, подсолнечник, мак.

Гиперфосфатемия – избыток фосфора в организме – часто приводит к падению уровня кальция в крови (что вызывает судороги и спазмы) или появлению отложении кальция в мягких тканях. Дефицит фосфора (гипофосфатемия) проявляется в виде общей слабости, потери аппетита, а также приводит к различным заболеваниям костей.

Калий

Ионы калия жизненно необходимы для функционирования живых клеток: элемент участвует в передаче нервных импульсов, сокращении мышц, поддержании кислотно-щелочного и водного баланса организма.

Суточная потребность в калии составляет 3,5 г для взрослых и детей всех возрастов (согласно рекомендациям ВОЗ).

Лучшие источники калия:

овощи и бобовые – помидоры, картофель, морковь, фасоль, чечевица;
молочная продукция;
морепродукты;
фрукты – банан, чернослив, апельсин.

Повышенная концентрация калия в крови (гиперкалиемия) проявляется в виде судорог, общей слабости, боли в желудке, брадикардии. При дефиците калия (гипокалиемии) отмечается быстрая утомляемость, боль в мышцах, слабость в ногах.

Сера участвует в производстве инсулина (гормона, регулирующего уровень сахара в крови), кератина (белка, из которого состоят волосы и ногти) и коллагена (белка, из которого состоят соединительные ткани – кости, сухожилия, кожа).

Для серы отсутствуют какие-либо рекомендации по суточному потреблению. Она поступает в организм в небольших объемах вместе с пищей, которая содержит незаменимую аминокислоту метионин. Суточная потребность в метионине в свою очередь составляет около 1 г.

Главный источник метионина – мясо (свинина, курица) и рыба (лосось), а также яйца, орехи и бобовые культуры.

Избыток серы в организме проявляется в виде зуда, расстройства пищеварения, красноты глаз и ослаблении слуха. Дефицит в свою очередь приводит к ломкости волос и ногтей, высыпаниям на коже.

Натрий

Натрий в организме отвечает за кровяное давление, регулирует кислотно-щелочной и водный баланс.

Суточная потребность в натрии составляет около 1,5 г, при этом настоятельно рекомендуется не превышать максимальную дозу в 2,3 г (1 чайная ложка поваренной соли). Диета с высоким содержанием натрия повышает риск развития высокого кровяного давления, которое выступает основной причиной инсульта и сердечных заболеваний.

Повышенное содержание натрия в крови – гипернатриемия – проявляется главным образом в виде жажды. Также выделяют такие признаки, как мышечные спазмы и судороги, спутанность сознания. Недостаток натрия (гипонатриемия) может вызывать головокружение и головные боли, рвоту, а также общую слабость организма.

Хлор участвует в регуляции водно-солевого обмена, помогает в работе желудочно-кишечного тракта, поддерживает кислотно-щелочной баланс в клетках.

Для хлора нет рекомендаций по суточному потреблению – большую часть элемента организм получает вместе с натрием в составе поваренной соли.

Тем не менее недостаток или избыток хлора в организме приводит к дисбалансу электролитов крови (веществ, отвечающих за проводимость электрических импульсов).

Избыток хлора в организме называется гиперхлоремией и проявляется в высоком артериальном давлении, мышечной слабости и спазмах, нарушениях сердечного ритма. Дефицит (гипохлоремия) редко возникает самостоятельно и обычно связан с гипонатриемией и гипокалиемией с соответствующими симптомами.

Магний

Магний необходим для синтеза белка и образования энергии АТФ, а также нормальной работы нервной системы, мышц и сердца.

Суточная потребность в магнии составляет:

для младенцев – 30-75 мг;
для детей от 1 до 3 лет – 80 мг;
от 4 до 8 лет – 130 мг;
от 9 до 13 лет – 240 мг;
для юношей 14-18 лет – 410 мг;
для девушек 14-18 лет – 360 мг;
для мужчин – 400-420 мг;
для женщин – 310-320 мг;
для беременных– 350-360 мг.

Лучшие источники магния:

бобовые;
темно-зеленые листовые овощи;
орехи, семена, цельнозерновые и обогащенные злаки;
рыба, птица и говядина.

При употреблении магния в форме пищевых добавок учитывайте, что в высоких дозах он может вызывать слабительный эффект.

Гипермагниемия (избыток магния в организме) проявляется в виде слабости и дезориентации, нарушении дыхания. К симптомам дефицита магния относятся судороги, головокружение и головные боли, нарушения сердечного ритма, проблемы с пищеварением.

Жизненно важные микроэлементы

К жизненно важным элементам также относятся и те, содержание которых в организме составляет менее 0,1 % от массы тела. Такие вещества называются микроэлементами, они поступают в организм с пищей и водой и участвуют в функционировании органов и систем.

Это ванадий, железо, йод, кобальт, кремний, литий, никель, марганец, медь, молибден, мышьяк, селен, фтор, хром, цинк.

Суточные нормы микроэлементов незначительны, поэтому правильное сбалансированное питание должно полностью покрывать потребности организма. Тем не менее дефицит некоторых элементов может приводить к серьезным проблемам и нарушениям функционирования организма.

Дефицит железа приводит к быстрой утомляемости и мышечной слабости.
Дефицит цинка сказывается на работе желудочно-кишечного тракта, центральной нервной, иммунной и репродуктивной систем.
Дефицит марганца нарушает структуру костной ткани и подавляет выработку коллагена при заживлении ран.
Дефицит меди проявляется в виде анемии (уменьшении содержания гемоглобина и эритроцитов в крови) и часто наблюдается параллельно с дефицитом витамина B12.
Дефицит йода приводит к нарушениям в работе щитовидной железы, а также умственным расстройствам.

Прочие микроэлементы

Остальные элементы – это условно жизненно необходимые, а также токсичные и малоизученные микроэлементы.

К первым относятся бор, бром, кадмий, свинец, стронций и титан. По ним еще накапливаются данные и доказана лишь частичная значимость для некоторых процессов организма.

К токсичным и малоизученным микроэлементам относятся 15 элементов: барий, бериллий, висмут, галлий, германий, лантан, олово, радий, рубидий, серебро, скандий, торий, уран, цезий и цирконий.

Они присутствуют в организме в очень малых количествах, и их биологическая роль не до конца ясна. Избыток некоторых элементов может оказывать вредное воздействие на организм, поэтому внимание сконцентрировано на изучении их токсичных свойств.

Напоминаем, что у нас есть раздел со скидками, в котором вы сможете найти промокоды iHerb.

Читайте также: