Загальні відомості про біогенні елементи

Живі організми в своєму складі містять майже всі хімічні елементи, які необхідні для побудови і життєдіяльності клітин та органів. Такі елементи дістали назву біогенних елементів (мал.6). Вони необхідні для забезпечення нормальної життєдіяльності. На сьогоднішній день накопичено багато фактичних даних щодо вмісту хімічних елементів як в різних компонентах біосфери, так і в живих організмах. Біологічну роль хімічних елементів відзначали такі вчені, як Бабенко Г., Єршов Ю., Пейве Я., Уільямс Д., Хухрянський В. та ін.

Наукове обґрунтування вчення про хімічні елементи подане в працях академіка В.І. Вернадського. Результати дослідження хімічного складу земної кори, ґрунту, морської води доводять, що в живих організмах, в тому числі і в організмі людини, містяться всі ті хімічні елементи, які знаходяться в земній корі та морській воді (табл.1). Під час дослідження переміщення елементів вчений виявив, що їх міграція, розсіювання та концентрація залежать від атомної маси, розмірів атомних та йонних радіусів, а також від здатності елементів до утворення хімічних сполук. Таким чином було доведено гіпотезу В.І.Вернадського про схожість хімічного складу земної кори та живих організмів.

Вміст хімічних елементів у складі тканин та органів живої людини вивчав О.П.Віноградов. Учений запропонував принципово нову класифікацію, згідно якої біологічна роль хімічних елементів визначається електронною будовою їх атомів, отже, залежить від положення в періодичній системі Д.І.Менделєєва. Виходячи з електронної будови атомів, до біогенних належать s-, p-, d- елементи. В.В.Ковальський класифікує хімічні елементи на три групи. До першої відносяться такі хімічні елементи: O, C, H, N, Ca, P, K, S, Cl, Na, Mg, Zn, Fe, Cu, I, Mn, які постійно містяться в організмі людини, входять до складу білків, ферментів, гормонів, нуклеїнових кислот та є незамінними. Друга група включає такі хімічні елементи: Sr, Cd, Br, F, B, Si, Cr, Be, Ni, Li, Cs, Sn, Al, Ba, Rb,, Ti, Ag, Ga, Ge, As, Hg, Pb, Bi, Sb, Th, Ra. Ці елементи також входять до складу організму, але їх біологічна функція мало відома. Третю групу складають хімічні елементи: Sc, Ti, Nb, Te, La, W, Au, In, Nd, Sm, які постійно містяться в живому організмі, але їх біологічна роль остаточно не з’ясована.

! Знайдіть в Інтернеті відомості про наукову діяльність В.В.Ковальського.

Мал. 6. Вміст хімічних елементів в організмі людини

Таблиця 1

Вміст хімічних елементів (мас. частка, %) в земній корі, ґрунті, морській воді, рослинах, тваринах (по А.П. Виноградову)

Елемент	Земна кора	ґрунт	Морська вода	Рослини	Тварини
O	49,4	49,0	85,82	70,0	62,4
Si	27,6	33,0	5 × 10^-5	0,15	1 × 10^-5
Al	7,45	7,12	1 × 10^-6	0,02	1 × 10^-5
Fe	5,0	3,8	5 × 10^-6	0,02	0,01
C	0,15	2,0	0,002
Ca	3,5	1,37	0,04	0,3	1,9
K	2,5	1,36	0,038	0,3	0,27
Na	2,6	0,63	1,06	0,02	0,1
Mg	2,0	0,6	0,14	0,07	0,03
Ti	0,6	0,46	1 × 10^-7	1 × 10^-7	1 × 10^-6 – 1 × 10^-5
N	0,02	0,1	1 × 10^-5	0,3	3,1
H	1,0	–	10,72		9,7
P	0,08	0,08	5 × 10^-6	0,07	0,95
S	0,05	0,05	0,09	0,05	0,16
Mn	0,09	0,085	4 × 10^-7	1 × 10^-3	1 × 10^-5
Zr	0,04	0,62	–	5 × 10^-4	–
Sr	0,04	0,03	1 × 10^-3	10^-4	1 × 10^-3
Ba	0,04	0,04	5 × 10^-6	10^-4	10^-5
Ce	0,02	0,02	1 × 10^-7	–	1 × 10^-6
Cr	0,02	0,019	–	5 × 10^-4	1 × 10^-5
F	0,027	0,02	1 × 10^-4	1 × 10^-5	1 × 10^-5 – 1 × 10^-4
V	0,03	0,01	5 × 10^-8	1 × 10^-4	1 × 10^-5
Cl	0,048	0,01	1,89	10^-2	0,08
Rb	0,03	5 × 10^-3	2 × 10^-5	5 × 10^-4	10^-5
Zn	5 × 10^-3	5 × 10^-3	5 × 10^-6	3 × 10^-4	1 × 10^-3
Ni	1 × 10^-2	5 × 10^-3	3 × 10^-7	5 × 10^-5	1 × 10^-6
Cu	1 × 10^-2	2 × 10^-3	2 × 10^-6	2 × 10^-4	1 × 10^-4
Co	4 × 10^-3	1 × 10^-3	1 × 10^-7	2 × 10^-5	1 × 10^-6 – 1 × 10^-5
Li	6,5 × 10^-3	3 × 10^-3	1,5 × 10^-5	1 × 10^-5	10^-4
Pb	1,5 × 10^-4	5 × 10^-4	5 × 10^-7	10^-5	1 × 10^-6
B	3 × 10^-4	5 × 10^-4	5 × 10^-4	1 × 10^-4	1 × 10^-5
I	3 × 10^-5	5 × 10^-4	1 × 10^-6	1 × 10^-5	10^-5 – 10^-4
Mo	1,5 × 10^-2	3 × 10^-4	1 × 10^-7	2 × 10^-5	10^-6 – 10^-5
As	5 × 10^-4	4 × 10^-4	1,5 × 10^-6	3 × 10^-5	10^-6 – 10^-5
Br	1,5 × 10^-4	2 × 10^-4	7 × 10^-3	–	1 × 10^-4
Cd	5 × 10^-5	5 × 10^-6	–	1 × 10^-6	1 × 10^-4
Th	1 × 10^-3	6 × 10^-4	4 × 10^-8	6 × 10^-4	1 × 10^-7
W	–	–	–	–	–
U	2 × 10^-4	1 × 10^-4	2 × 10^-7	–	1 × 10^-8
Se	6 × 10^-5	1 × 10^-6	4 × 10^-7	1 × 10^-7	–
Bi	1,7 × 10^-6	2 × 10^-8	2 × 10^-8	–	2 × 10^-6
Hg	7 × 10^-6	1 × 10^-6	3 × 10^-9	10^-7	10^-6 – 10^-7
Ag	1 × 10^-5	–	10^-9	–	3 × 10^-5 – 5 × 10^-6
Au	5 × 10^-7	–	4 × 10^-10	–	1 × 10^-7
Ra	2 × 10^-10	8 × 10^-11	1 × 10^-14	10^-14	1 × 10^-12

Е. Андервуд запропонував класифікувати хімічні елементи організму на такі три групи:

- елементи, незамінні в харчуванні (Fe, Cu, Zn, Mn, Co, Mo, Cr, Sn, I, Se);

- можливо необхідні для функціонування (F, Br, As, B, Ni, V та ін);

- елементи, біологічна роль яких не встановлена (Au, Ag, Ti, Sb).

А.І. Венчіков вважав, що хімічні елементи незалежно від їх кількісного складу треба називати біотичними елементами, якщо доведена їх фізіологічна активність. За А.І. Венчіковим біотики – це хімічні елементи екзогенного походження, які входять у біохімічні структури та системи організму, беруть участь у біохімічних та фізіологічних процесах і здатні підвищити опір організму під час впливу на нього шкідливих реагентів.

На сьогоднішній день існують різні класифікації хімічних елементів, що знаходяться в організмі людини. По функціональній значимості біогенні елементи поділяють на:

- органогени (О, С, Н, N, P, S), вміст яких в організмі людини складає до 97%. Елементи органогени становлять основу органічних сполук (табл. 2). Для елементів органогенів характерне утворення водорозчинних сполук, що сприяє їх концентрації в організмі людини;

- елементи електролітного фону (Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Cl^-). Указані йони металів складають 99% загального вмісту металів в організмі.

Таблиця 2

Вміст хімічних елементів органогенів в організмі людини (%)

Елемент органоген	Вміст (%)	Функції в організмі людини
Оксиген	62,4	Разом із Карбоном та Гідрогеном, Оксиген утворює дуже багато різноманітних органічних сполук: вуглеводи, серед яких сахароза, глюкоза, фруктоза і полісахариди, спирти, етери, естери, жири, альдегіди тощо.
Карбон	21,0	Входить до складу органічних та неорганічних сполук.
Гідроген	9,7	Бере участь в утворенні особливих водневих зв'язків, якими зв’язуються нуклеотиди в молекулі ДНК.
Нітроген	3,1	Вважається обов'язковим хімічним елементом у складі амінокислот - ланцюжків, з яких складаються білки. Нітроген входить також до складу пуринів, важливих елементів ДНК та РНК.
Фосфор	0,95	Входить до складу ДНК, нуклеотиди якої є естерами нуклеозиду і фосфатної кислоти. Крім того Фосфор - важлива складова молекул АТФ та АДФ - носіїв енергії в живій клітині.
Сульфур	0,16	Входить до складу деяких амінокислот. У складі білків між атомами Сульфуру встановлюються дисульфідні зв'язки, що забезпечують формування третинної структури.

За кількісним складом біогенні елементи розподіляють на «макро»-, «мікро»- та «ультромікро»- елементи. Так, до макроелементів (10^-2 % і більше) відносять С, Н, O, N, P, K, S, Сa, Na, Cl, Mg. До мікроелементів (від 10^-3 – 10^-12% і менше) відносять Cu, Mn, Co, Zn, I, Fe, Мо. Елементи, концентрація яких в організмі людини складає менше 10^-12% називають ультрамікроелементами. До них відносять Au, V, Cr, U та ін. В табл. 3 представлені дані щодо вмісту хімічних елементів в організмі людини.

Таблиця 3

Дата добавления: 2014-11-25