По какому принципу все химические элементы разделяют на макроэлементы ультрамикроэлементы кратко

Обновлено: 04.07.2024

Posted in Биология Tags: химический состав клетки

Клетки живых организмов по своему химическому составу значительно отличаются от окружающей их неживой среды и по структуре химических соединений, и по набору и содержанию химических элементов. Всего в живых организмах присутствует (обнаружено на сегодняшний день) около 90 химических элементов, которые, в зависимости от их содержания, разделяют на 3 основных группы: макроэлементы, микроэлементы и ультрамикроэлементы.

Макроэлементы.

Макроэлементы в значительных количествах представлены в живых организмах, начиная от сотых долей процента до десятков процентов. Если содержание какого-либо химического вещества в организме превышает 0.005% от массы тела, такое вещество относят к макроэлементам. Они входят в состав основных тканей: крови, костей и мышц. К ним относятся, например, следующие химические элементы: водород, кислород, углерод, азот, фосфор, сера, натрий, кальций, калий, хлор. Макроэлементы в сумме составляют около 99% от массы живых клеток, причем большая часть (98%) приходится именно на водород, кислород, углерод и азот.

В таблице ниже представлены основные макроэлементы в организме:

Для всех четырех самых распространенных в живых организмах элементов (это водород, кислород, углерод, азот, как было сказано ранее) характерно одно общее свойство. Этим элементам не хватает одного или нескольких электронов на внешней орбите для образования стабильных электронных связей. Так, атому водорода для образования стабильной электронной связи не хватает одного электрона на внешней орбите, атомам кислорода, азота и углерода — двух, трех и четырех электронов соответственно. В связи с этим, эти химические элементы легко образуют ковалентные связи за счет спаривания электронов, и могут легко взаимодействовать друг с другом, заполняя свои внешние электронные оболочки. Кроме этого, кислород, углерод и азот могут образовывать не только одинарные, но и двойные связи. В результате чего существенно увеличивается количество химических соединений, которые могут образовываться из этих элементов.

Кроме того, углерод, водород и кислород — наиболее легкие среди элементов, способных образовывать ковалентные связи. Поэтому они оказались наиболее подходящими для образования соединений, входящих в состав живой материи. Необходимо отметить отдельно еще одно важное свойство атомов углерода — способность образовывать ковалентные связи сразу с четырьмя другими атомами углерода. Благодаря этой способности создаются каркасы из огромного количества разнообразных органических молекул.

Микроэлементы.

Хотя содержание микроэлементов не превышает 0,005% для каждого отдельного элемента, а в сумме они составляют всего лишь около 1% массы клеток, микроэлементы необходимы для жизнедеятельности организмов. При их отсутствии или недостаточном содержании могут возникать различные заболевания. Многие микроэлементы входят в состав небелковых групп ферментов и необходимы для осуществления их каталитической функции.
Например, железо является составной частью гема, который входит в состав цитохромов, являющихся компонентами цепи переноса электронов, и гемоглобина — белка, который обеспечивает транспорт кислорода от легких к тканям. Дефицит железа в организме человека вызывает развитие анемии. А недостаток йода, входящего в состав гормона щитовидной железы — тироксина, приводит к возникновению заболеваний, связанных с недостаточностью этого гормона, таких как эндемический зоб или кретинизм.

Примеры микроэлементов представлены в таблице ниже:

Ультрамикроэлементы.

В состав группы ультрамикроэлементов входят элементы, содержание которых в организме крайне мало (менее 10 -12 %). К ним относятся бром, золото, селен, серебро, ванадий и многие другие элементы. Большинство из них также необходимы для нормального функционирования живых организмов. Например, нехватка селена может привести к возникновению раковых заболеваний, а недостаток бора — причина некоторых заболеваний у растений. Многие элементы этой группы также, как и микроэлементы, входят в состав ферментов.

Микроэлемент — элемент, который в организме находится в очень низких концентрациях.
Макроэлемент — элемент, который в организме находится в высоких концентрациях.

К микроэлементам, составляющим от 0,001 % до 0,000001 % массы тела живых существ, относят ванадий, германий, йод (входит в состав тироксина, гормона щитовидной железы), кобальт (витамин В12), марганец, никель, рутений, селен, фтор (зубная эмаль), медь, хром, цинк)

Ультрамикроэлементы составляют менее 0,0000001 % в организмах живых существ, к ним относят золото, серебро, которые оказывают бактерицидное воздействие, ртуть, подавляющую обратное всасывание воды в почечных канальцах, оказывая воздействие на ферменты. Также к ультрамикроэлементам относят платину и цезий.

Нуртилек Бакыт уулу, привет.
Вот ответ:
Макро-, микро- и ультрамикроэлементы -
относяися к Биологически значимым элементам.
Биологически значимые элементы — 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 от 0,001% до 0,000001%), реже на Ультрамикроэлементы (составляют менее 0,0000001%).
1) Макроэлементы делятся на:
а) Биогенные элементы (Органогены или биоэлементы),
они составляют около 98 % массы клетки - это
Кислород (О) — 65 %
Углерод (С) — 18 %
Водород (Н) — 10 %
Азот (N) — 3 %
б) Другие макроэлементы,
они составляют десятые и сотые доли процента - это
Калий (К), Кальций (Ca), Магний (Mg), Натрий (Na), Сера (S), Фосфор (P), Хлор (Cl).
2) Микроэлементы:
ванадий, германий, йод (входит в состав тироксина, гормона щитовидной железы), кобальт (витамин В12), марганец, никель, рутений, селен, фтор (зубная эмаль), медь, хром, цинк, железо (гемоглобин крови) и др.
3) Ультрамикроэлементы:
золото, серебро (которые оказывают бактерицидное воздействие), ртуть, (подавляющая обратное всасывание воды в почечных канальцах, оказывая воздействие на ферменты). Также относят платину и цезий.
Функции ультрамикроэлементов ещё малопонятны.

Каждая клетка содержит множество химических элементов, участвующих в различных химических реакциях. Химические процессы, протекающие в клетке — одно из основных условий её жизни, развития и функционирования. Одних химических элементов в клетке больше, других — меньше.

Условно все элементы клетки можно разделить на три группы.

К макроэлементам относят кислород (65—75 %), углерод (15—18 %), водород (8—10 %), азот (2,0—3,0 %), калий (0,15—0,4 %), сера (0,15—0,2 %), фосфор (0,2—1,0 %), хлор (0,05—0,1 %), магний (0,02—0,03 %), натрий (0,02—0,03 %), кальций (0,04—2,00 %), железо (0,01—0,015 %. Такие элементы, как C, O, H, N, S, P входят в состав органических соединений.

Углерод — входит в состав всех органических веществ; скелет из атомов углерода составляет их основу. Кроме того, в виде CO2 фиксируется в процессе фотосинтеза и выделяется в ходе дыхания, в виде CO (в низких концентрациях) участвует в регуляции клеточных функций, в виде CaCO3 входит в состав минеральных скелетов.

Кислород — входит в состав практически всех органических веществ клетки. Образуется в ходе фотосинтеза при фотолизе воды. Для аэробных организмов служит окислителем в ходе клеточного дыхания, обеспечивая клетки энергией. В наибольших количествах в живых клетках содержится в составе воды.

Водород — входит в состав всех органических веществ клетки. В наибольших количествах содержится в составе воды. Некоторые бактерии окисляют молекулярный водород для получения энергии.

Азот — входит в состав белков, нуклеиновых кислот и их мономеров — аминокислот и нуклеотидов. Из организма животных выводится в составе аммиака, мочевины, гуанина или мочевой кислоты как конечный продукт азотного обмена. В виде оксида азота NO (в низких концентрациях) участвует в регуляции кровяного давления.

Сера — входит в состав серосодержащих аминокислот, поэтому содержится в большинстве белков. В небольших количествах присутствует в виде сульфат-иона в цитоплазме клеток и межклеточных жидкостях.

Фосфор — входит в состав АТФ, других нуклеотидов и нуклеиновых кислот (в виде остатков фосфорной кислоты), в состав костной ткани и зубной эмали (в виде минеральных солей), а также присутствует в цитоплазме и межклеточных жидкостях (в виде фосфат-ионов).

Магний — кофактор многих ферментов, участвующих в энергетическом обмене и синтезе ДНК; поддерживает целостность рибосом и митохондрий, входит в состав хлорофилла. В животных клетках необходим для функционирования мышечных и костных систем.

Кальций — участвует в свёртывании крови, а также служит одним из универсальных вторичных посредников, регулируя важнейшие внутриклеточные процессы (в том числе участвует в поддержании мембранного потенциала, необходим для мышечного сокращения и экзоцитоза). Нерастворимые соли кальция участвуют в формировании костей и зубов позвоночных и минеральных скелетов беспозвоночных.

Натрий — участвует в поддержании мембранного потенциала, генерации нервного импульса, процессы осморегуляции (в том числе работу почек у человека) и создании буферной системы крови.

Калий — участвует в поддержании мембранного потенциала, генерации нервного импульса, регуляции сокращения сердечной мышцы. Содержится в межклеточных веществах.

Хлор — поддерживает электронейтральность клетки.

Цинк — входит в состав ферментов, участвующих в спиртовом брожении, в состав инсулина

Медь — входит в состав окислительных ферментов, участвующих в синтезе цитохромов.

Селен — участвует в регуляторных процессах организма.

Ультрамикроэлементы составляют менее 0,0000001 % в организмах живых существ, к ним относят золото, серебро оказывают бактерицидное воздействие, ртуть подавляет обратное всасывание воды в почечных канальцах, оказывая воздействие на ферменты. Так же к ультрамикроэлементам относят платину и цезий. Некоторые к этой группе относят и селен, при его недостатке развиваются раковые заболевания. Функции ультрамикроэлементов еще мало понятны.

На атомарном уровне различий между органическим и неорганическим миром живой природы нет: живые организмы состоят из тех же атомов, что и тела неживой природы. Однако соотношение разных химических элементов в живых организмах и в земной коре сильно различается. Кроме того, живые организмы могут отличаться от окружающей их среды по изотопному составу химических элементов. Наиболее резкие различия между живой и неживой природой проявляются на молекулярном уровне.

1. Дайте определения понятий.
Элемент — совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра и числом протонов, совпадающим с порядковым (атомным) номером в таблице Менделеева.
Микроэлемент — элемент, который в организме находится в очень низких концентрациях.
Макроэлемент — элемент, который в организме находится в высоких концентрациях.
Биоэлемент — химический элемент, участвующий в жизнедеятельности клетки, составляет основу биомолекул.
Элементный состав клетки — процентное содержание химических элементов в клетке.

2. Что является одним из доказательств общности живой и неживой природы?
Единство химического состава. Никакаих элементов, характерных только для неживой природы, не существует.

3. Заполните таблицу.

ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ КЛЕТКИ

4. Приведите примеры органических веществ, молекулы которых состоят из трех, четырех и пяти макроэлементов.
3 элемента: углеводы и липиды.
4 элемента: белки.
5 элементов: нуклеиновые кислоты, белки.

5. Заполните таблицу.

БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ЭЛЕМЕНТОВ

7. Какие вам известны заболевания, связанные с нехваткой микроэлементов?
Недостаток йода – эндемический зоб. Снижение синтеза тироксина и разрастание вследствие этого тканей щитовидной железы.
Недостаток железа – железодефицитная анемия.

8. Вспомните, по какому признаку химические элементы распределяют на макро-, микро- и ультрамикроэлементы. Предложите свою, альтернативную классификацию химических элементов (например, по функциям в живой клетке).
Микро-, макро- и ультрамикроэлементы делятся по признаку, основанному на процентному содержанию их в клетке. Кроме того, можно классифицировать элементы по функциям, регулирующие деятельность определенных систем органов: нервной, мышечной, кровеносной и сердечно-сосудистой, пищеварительной и т.д.

9. Выберите правильный ответ.
Тест 1.
Какими химическими элементами образовано большинство органических веществ?
2) С, О, Н, N;

Тест 2.
К макроэлементам не относится:
4) марганец.

11. Объясните происхождение и общее значение слова (термина), опираясь на значение корней, его составляющих.

12. Выберите термин и объясните, насколько его современное значение соответствует первоначальному значению его корней.
Выбранный термин – органоген.
Соответствие: термин, в принципе, соответствует своему первоначальному значению, но сегодня существует более точное определение. Ранее значение было таким, что элементы принимает участие лишь в построении тканей и клеток органов. Теперь же выяснено, что биологически важные элементы не только образуют химические молекулы в клетках и т.д., но и регулируют все процессы в клетках, тканях и органах. Они входят в состав гормонов, витаминов, ферментов и других биомолекул.

Тема : Неорганические вещества (вода, кислород, оксиды, кислоты, минеральные соли, щелочи) В жизнедеятельности организмов. Биологическая роль ионов. Базовые понятия и термины: элементарный состав, микроэлементы, макроэлементы, ультрамикроэлементы, органогенные элементы, вода, полярные и неполярные вещества, диффузия, биологические мембраны, осмотическое давление вещества, соли, кислоты, анионы, катионы.

Неорганические вещества (вода, кислород, оксиды, кислоты, минеральные соли, щелочи) в жизнедеятельности организмов.

Классификация элементов на макроэлементы и микроэлементы.

3.Биологическая роль ионов.

Содержание лекции:

Хотя почти все известные элементы встречаются в живых организмах, но их соотношение в живых и неживых объектах различны. Если в неживых объектах на нашей планете по числу атомов самые более распространенными являются О (63%), Сu (21,2%), А1 (6,5%), Na (2,4%), Fe (1 , 9%) и Са (1,9%), то в живых первые места по содержанию занимают Н (64%), B (25,6%), C (7,5%), N (1,25%) , Р (0,24%), S (0,06%). Такое отличие обусловлено определенными особенностями элементов, которые преобладают в живых объектах. Это напрямую связано с их химическими и физическими свойствам. Так, кислород и водород образуют воду, которая является универсальным растворителем и средой, в которой происходят биохимические реакции. Наличие азота крайне важно для образования важнейших информационных молекул - ДНК и РНК. Фосфор участвует в образовании макроэргических связей, т.е. является важнейшим компонентом систем обеспечения клеток энергией. А Сера играет важную роль в формировании пространственного строения биологических молекул.

Если же взять, например, кремний, которого очень много на нашей планете, то он, как и Карбон, способен связываться с четырьмя другими атомами, но за больший диаметр своего атома, он хуже образует макромолекулярные цепочки.

Классификация элементов на макроэлементы и микроэлементы.

По содержанию в живых организмах химические элементы можно разделить на группы: органогенные, макроэлементы, микроэлементы и ультрамикроэлементы.

Химические элементы в составе живых организмов:

макроэлементы	микроэлементы	ультромикроэлементы
Органогенные	от 0,001 до 0,000001% массы тела.	Меньше 0,000001% массы тела.
С, Н, О, N	Na, К, Мg, Са и Сl	Fe. Cu, Zn, Mn, Co, I, Mo, V, Ni, Cr, F, Se, B, As	U, Rs, Au, Hg, Se

Макроэлементы

К этой группе относят элементы, масса которых составляет от 10 до 0,001% массы тела. Они являются основной массой вещества живых организмов и участвуют в образовании их органических и неорганических соединений. С, Н, О, N входят преимущественно в состав органических соединений. Четыре элемента (С, Н, О, N), которые по общей массе и количеству атомов в органических соединениях значительно превышают все другие, называют органогенными. Na, К, Мg, Са и Сl в живых организмах чаще всего случаются в виде ионов.

Лекция №2

Классификация элементов на макроэлементы и микроэлементы.

3.Биологическая роль ионов.

Содержание лекции:

Классификация элементов на макроэлементы и микроэлементы.

Химические элементы в составе живых организмов:

макроэлементы	микроэлементы	ультромикроэлементы
Органогенные	от 0,001 до 0,000001% массы тела.	Меньше 0,000001% массы тела.
С, Н, О, N	Na, К, Мg, Са и Сl	Fe. Cu, Zn, Mn, Co, I, Mo, V, Ni, Cr, F, Se, B, As	U, Rs, Au, Hg, Se

Макроэлементы

Читайте также: