Глава 1. Химические компоненты живых организмов § 1. Содержание химических элементов в организме. Макро- и микроэлементы

В состав живых организмов постоянно входят 15 из 81 стабильного химического элемента, встречающегося в природе. Еще 8 – 10 элементов присутствуют не во всех, а только в определенных орга­низмах. На схеме приведена часть Перио­дической системы элементов, в которой содержатся все биологически важные хими­ческие элементы, даны их характеристики, а также содержа­ние в организме человека (рис.1).

Понятие о макроэлементах. Химические элементы, содержание которых в живых организмов составляет от десятков процентов до сотых долей процента, называются макроэлементами. Живые организмы более чем на 98 % и состоят из четырех химических элементов: кислорода (О), углерода (С), водорода (Н) и азота (N). Это так называемые основные элементы. Водород и кислород – составные элементы воды, на которую приходится 60 – 75% массы тела человека. Наряду с углеродом и азо­том эти элементы являются основ­ными составляющими органических со­единений, обеспечивающих большинство процессов жизнедеятельности.

В состав молекул многих органических веществ также входят макроэлементы сера (S) и фосфор (Р).

К этой важной в биологическом отношении группе принадлежат также химические элементы, которые присутствуют в организмах в виде ионов. Это щелочные металлы натрий (Na) и калий (К), щелочноземельные метал­лы магний (Мg) и кальций (Са), а также галоген хлор (CI).

Понятие о микроэлементах. Элементы, которые содержатся в живых организмах в исключительно малых количествах (менее 0,01 %) составляют группу микроэлементов. К этой группе относятся металлы: желе­зо (Fe), цинк (Zn), медь (Сu), кобальт (Со) и марганец (Мn). К жизненно важным микроэлементам относятся также некоторые не­металлы, такие, как йод (I), селен (Se), фтор (F) и др. Содержание железа не превышает 0,01 %. Другие же микроэлементы содержатся в еще меньшем количестве (тысячные или десятитысячные доли процента), поэтому их часто называют следовыми элементами (или ультрамикроэлементами).

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 трийодтиронина. Эти гормоны регулируют обмен веществ, влияют на рост, развитие и дифференцировку тканей, на деятельность нервной системы.

Железо и медь необходимы для кроветворения. Железо, медь и цинк участвуют в клеточном дыхании. Магний, железо, медь, марганец, молибден, цинк входят в состав белков. Цинк, медь и марганец оказывают влияние на рост и развитие организмов. Фтор входит в состав костной ткани и эмали зубов.

Более подробно о биологической роли каждого из элементов можно узнать из таблицы 1.

Таблица 1. Биологически важные химические элементы

Элемент	Cодежание , в %	Значение
Кислород (О)	65 – 75	Входит в состав молекул воды и органических веществ, обеспечивает реакции окисления, в ходе которых выделяется необходимая организму энергия
Углерод (С)	15 – 18	Входит в состав молекул всех органических веществ
Водород (Н)	8 – 10	Входит в состав молекул воды и всех органических веществ
Азот (N)	1,5 – 3	Входит в состав молекул органических веществ, в том числе
		белков и нуклеиновых кислот, АТФ витаминов
Кальций (Са)	0,04 – 2	Входит в состав костной ткани, зубной эмали и раковин, участвует в процессах свертывания крови и обеспечивает сократимость мышечных волокон; у
		растений входит в состав клеточной стенки
Фосфор (Р)	0,2 – 1	Входит в состав костной ткани и зубной эмали, органических веществ (ДНК, РНК, АТФ, фосфолипидов и др.)
Сера (S)	0,15 – 0,2	Входит в состав органических веществ (аминокислот и белков) участвует в процессах фотосинтеза у бактерий
Калий (K)		Один из основных катионов в организме животных: обеспечивает транспорт веществ через клеточные мембраны, регуляцию ритма сердечной деятельности; участвует в процессах фотосинтеза, генерации биоэлектрических потенциалов
Хлор (Cl)	0,05 – 0,1	Основной анион в организме животных и человека: входит в состав соляной кислоты желудочного сока
Натрий (Na)	0,02 – 0,03	Один из основных катионов: обеспечивает транспорт веществ через клеточные мембраны, поддерживает нормальный ритм сердечной деятельности,
		влияет на синтез гормонов
Магний (Mg)	0,02 – 0,03	Входит в состав хлорофилла, а также ферментов, катализирующих некоторые реакции энергетического и пластического обмена, а также в состав костной ткани и зубной эмали
Железо (Fe)	0,01 – 0,015	Входит в состав многих ферментов, гемоглобина и миоглобина, участвует в биосинтезе хлорофилла, в транспорте электронов, в процессах дыхания и фотосинтеза
Медь (Cu)	0, 0002	Входит в состав гемоцианинов у беспозвоночных, в состав некоторых ферментов; участвует в процессах кроветворения, в транспорте электронов, в процессах дыхания и фотосинтеза, синтеза гемоглобина
Марганец (Mn)	Менее 0, 001	Входит в состав или повышает активность некоторых ферментов; участвует в развитии костей, ассимиляции азота и процессе фотосинтеза
Молибден Mo)	– ”–	Входит в состав некоторых ферментов (нитратредуктаза), участвует в процессах связывания атмосферного азота клубеньковыми бактериями
Кобальт (Co)	– ”–	Входит в состав витамина B , участвует в фиксации атмосферного азота клубеньковыми бактериями
Цинк (Zn)	– ”–	Входит в состав инсулина, некоторых ферментов, расщепляющих полипептиды, участвует в синтезе растительных гормонов (ауксинов) и гликолизе
Йод (J) Селен (Se) Кремний (Si) Фтор (F)	0, 001 Менее 0, 001 –”– 0, 001	Входит в состав гормонов щитовидной железы Важнейший антиоксидант Участвует в формировании костей и коллагена, раковин Входит в состав зубной эмали и костной ткани

Недостаток того или иного макро- или микроэлемента отрицательно сказывается на состоянии нашего организма. Например, недостаток кальция вызывает появление трещинок на зубной эмали, хрупкость зубов, слоение и мягкость ногтей, снижение плотности костей. При недостатке фосфора наступает хроническая усталость, снижение внимания, памяти, мышечные спазмы. Недостаток магния сопровождается раздражительностью, головными болями, перепадами артериального давления, сердцебиением. Дефицит калия вызывает аритмию сердца, сонливость, мышечную слабость, потерю аппетита, тошноту, нарушение мочеиспускания, снижение кровяного давления. Недостаток железа вызывает развитие анемии («малокровие»), когда в крови мало кровяных телец и низкое содержание гемоглобина. При недостаточном содержании в организме человека цинка наблюдается задержка психомоторного развития у детей, облысение, дерматиты, снижение иммунитета, раздражительность, депрессии. Недостаток меди влечет за собой анемию, нарушение пигментации волос и кожи, пониженную температуру тела, психические расстройства. С недостатком хрома связывают повышение сахара в крови, снижение усвоения глюкозы; с недостатком селена – снижение иммунитета, частые простудные инфекции, ухудшение работы сердца; с недостатком молибдена – ухудшение липидного и углеводного обмена веществ.

Источником макро- и микроэлементов являются продукты питания и вода. Поэтому для полного удовлетворения организма в макро- и микроэлементах необходимо полноценное и разнообразное питание, включающее продукты животного и растительного происхождения, морепродукты. Недостаток в природной воде нашего региона йода и фтора восполняется употреблением фторированной и йодированной поваренной соли, производство и продажа которой налажены в нашей республике.

1. Какие химические элементы называются основными и почему? 2. Перечислите важнейшие макроэлементы и назовите их основные функции. 3. Какие элементы называются микроэлементами? В чем состоит их значение для жизнедеятельности организма? 4. К чему может привести недостаток некоторых химических элементов в организме человека?