Головна
Cоціологія || Гуманітарні науки || Мистецтво та мистецтвознавство || Історія || Медицина || Науки про Землю || Політологія || Право || Психологія || Навчальний процес || Філософія || Езотерика || Екологія || Економіка || Мови та мовознавство
ГоловнаМедицина → біохімія людини
««   ЗМІСТ   »»

СКЛАД ЖИВИХ ОРГАНІЗМІВ

Органічні і неорганічні компоненти організмів. Вчення В. І. Вернадського про біосферу та біогеохімії

Хімічний склад Землі, закони поширення і розподілу, способи поєднання, шляхи міграції та перетворення хімічних елементів на Землі вивчає геохімія. Ця наука тісно пов'язана з геологією, мінералогією. Вона спирається на хімічні закони і має велике практичне значення для прогнозування місцезнаходження в земній корі корисних копалин. В створення геохімії великий внесок внесли американський дослідник Ф. Кларк (1847-1931) і вітчизняні вчені В. І. Вернадський (1863-1945) і А. Е. Ферсман (1883-1945).

Розділ геохімії, що вивчає хімічні процеси в земній корі за участю живих організмів, називають біогеохімією. Частина земної оболонки, зайняту рослинними і тваринними організмами, називають біосферою.

За В. І. Вернадського, біосфера - це певним чином організоване середовище, перероблена живими організмами і космічними випромінюваннями і пристосована до життя. Її верхня межа (тропосфера) знаходиться на висоті 12- 15 км. а нижня (літосфера) - на глибині до 5 км. Отже, біосфера включає в себе нижню частину атмосфери, всю гідросферу і верхню частину літосфери (рис. 7.1).

Поширеність хімічних елементів у земній корі різна. Її становить порівняно невелике число елементів. Близько 50% маси земної кори доводиться на кисень, більше 25% - на кремній. Вісімнадцять елементів - кисень, кремній, алюміній, залізо, кальцій, натрій, калій, магній, водень, титан, вуглець, хлор, фосфор, сірка, азот, марганець, фтор, барій - складають 99,8% маси земної кори. На частку всіх інших елементів припадає лише 0,2%.

Згідно В. І. Вернадського, живі організми (жива речовина) беруть активну участь в перерозподілі хімічних елементів в земній корі. Мінерали, природні хімічні речовини утворюються в біосфері в різних кількостях завдяки діяльності живих організмів.

Складові частини біосфери

Мал. 7.1. Складові частини біосфери

Прикладом геохимичної ролі живої речовини є кальцієва функція, характерна для всіх організмів, що мають кальцій-фосфатний (або карбонатний) скелет. Концентруючи кальцій в своїх тілах, живі організми енергійно витягують його з навколишнього середовища. Іншим прикладом геохимичної ролі живого речовини служить освіту гірських порід, наприклад залізних руд, в результаті діяльності мікроорганізмів.

Вивчаючи геохімічні перетворення в земній корі, В. І. Вернадський встановив. що зміни, що відбуваються у верхніх шарах земної кори, мають певний вплив на хімічний склад живих організмів. Дослідження хімічного складу земної кори, грунту, морської води, рослин, тварин, людини показали, що в результаті обміну в живих організмах, в тому числі і у людини, можна виявити майже всі елементи, які є в земній корі і морській воді (рис. 7.2). Таким чином, були підтверджені припущення В. І. Вернадського про подібність хімічного складу земної кори і живих організмів.

В процесі еволюції основою використання тих чи інших хімічних елементів при розвитку бносістем є природний відбір.

У табл. 7.1 наведені дані про середньому вмісті хімічних елементів в земній корі, морській воді, рослинних, тваринних організмах. З таблиці видно, що більшу частку речовини живих організмів становлять елементи, які мають досить високу поширеність в земній корі (рис. 7.3). Однак ця закономірність дотримується не завжди. Наприклад, в земній корі міститься багато кремнію (27,6%), а в живих організмах його мало. Те саме можна сказати і до алюмінію, який у великих кількостях міститься в земній корі (7,45%) і в дуже незначних (110 5%) - в живих організмах.

Непропорційне вміст елементів в організмі і середовищі пов'язано з тим, що на засвоєння елементів впливає розчинність їх природних сполук у воді.

Природні сполуки кремнію SiC> 2 і алюмінію А12Оз практично нерозчинні, тому вони не засвоюються живими організмами. Спостерігається і зворотна картина: наприклад, вуглець міститься в земній корі в незначних кількостях (0,35%), а за змістом в живих організмах займає 2-е місце (21%).

Шляхи надходження хімічних елементів в організм людини

Мал. 7.2. Шляхи надходження хімічних елементів в організм людини

Таблиця 7. /

Середній вміст хімічних елементів (мас, частка,%) в навколишньому середовищі

(ПОА. П. Виноградову)

елемент

Земна кора

Грунт

морська вола

пораненні

ЖіВ01НИС

Про

49,4

49,0

85.82

70,0

62.4

Si

27,6

33,0

510 '5

0,15

МО "5

А1

7,45

7,12

МО "6

0,02

МО "5

Fe

5.0

3,8

510 "6

0,02

0,01

З

0,15

2,0

0,002

18

21

Са

3,5

1.37

0.04

0.3

1.9

До

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

МО "7

МО '7

МО-6- МО '5

N

0,02

0,1

МО "5

0,3

3,1

Н

1,0

-

10,72

10

9,7

Р

0.08

0,08

510 "6

0,07

0,95

S

0.05

0.05

0,09

0,05

0,16

Мп

0.09

0.085

4 10 "7

МО '3

МО '5

Zr

0.04

0,62

-

5-10 "4

-

Sr

0,04

0,03

МО '3

10 4

МО '3

ва

0,04

0,04

5-10 "6

10 "*

I0 '5

елемент

Земна кора

Грунт

морська вола

рослини

тварини

се

0,02

0,02

МО '7

-

МО4

сг

0,02

0,019

-

5-104

МО '5

F

0,027

0,02

1-104

МО '5

МО "5- МО4

V

0,03

0,01

5 * 10 8

1 * 10 4

МО "5

CI

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

3-104

МО '3

Ni

NO '2

5 103

3-10 '7

5-10 '5

МО "6

Сі

1 10 2

2 10 3

2-Ю-6

2-Ю4

МО4

з

4 10 '3

МО "3

1-10 '7

2-10 '5

МО "6- МО '5

Li

6,5 10 '3

3 10 "3

1,5-10 '5

МО '5

104

Pb

1.5 104

5 10 4

5 10 "7

10 '5

МО4

В

3 104

5 10 4

5-104

МО4

110 '5

I

3 10 5

5 10

110 "6

МО "5

10 "5- ю4

Mo

1,5-10 2

3 I04

МО "7

2-Ю '5

про

  • 1
  • ?

про

As

5 104

4 10 4

1.5-10 "6

3-10 '5

про

  • 1
  • -?

про

Br

1,5 * 10 ^

2 104

7-10 '3

-

1-10 4

Cd

5 10 '5

5 104

-

МО *6

МО4

Th

M0 '3

6 104

410 *

6-1 про4

МО 7

W

-

1 КГ4

-

-

-

U

2-I04

МО4

2-Ю '7

-

1 * 10 *

Se

6 10 '5

МО "6

4-10 '7

1-ІГ7

-

Bi

1,7-10 "6

2 10 *

2-10 *

-

2 * 104

Hg

7 10-6

МО "6

3-10 '9

10 '7

104-10 "7

Ag

NO '5

-

10 0

-

3-10 '5 - 5-10 '6

Au

5-10 7

-

4-10 '10

-

МО 7

Ra

2-1 O '10

810 "n

МО '14

10 '14

МО '2

Підвищений вміст елемента в організмі в порівнянні з навколишнім

середовищем називають біологічним концентрування елемента.

В результаті природного відбору в основі живих систем лежить тільки шість елементів: вуглець, водень, кисень, азот, фосфор, сірка. Вони складають в організмі 97,4% і отримали назву органогенов.

Органогенного номер 1, безсумнівно, є вуглець. Він здатний утворювати міцні ковалентні зв'язки. Кисень і водень, скоріше, слід розглядати як носії окислювальних і відновних властивостей органічних сполук вуглецю.

В середньому хімічний склад об'єктів природи визначається усередненням елементного складу різних об'єктів. Склад зручно висловлювати в масових частках: Wi = M / m, де т, - маса i-го елемента, т - сумарна маса елементів в об'єкті. Масові частки висловлюють в частках одиниці або у відсотках.

Співвідношення кисню і водню в біомолекул визначає тенденцію цих сполук до диспропорціонування і взаємодії з водою - середовищем існування живих організмів. Решта три органоген - азот, фосфор і сірка, а також деякі інші елементи - залізо, магній, складові активні центри ферментів, як і вуглець, дуже лабільні. Для органогенов характерне утворення водорозчинних сполук, що сприяє їх концентрування в живих організмах.

Вміст хімічних елементів у земній корі і організмі людини

Мал. 7.3. Вміст хімічних елементів у земній корі і організмі людини

Органогенного, а також деяких металів - залозу, магнію і др властиво виняткова розмаїтість утворених ними зв'язків. Це в значній мірі визначає різноманітність біомолекул в живих організмах. До складу живих організмів входять атоми тих же елементів, що і до складу неживої природи, але їх зміст інше.

Надходження елементів в живий організм з навколишнього середовища обумовлено наступними факторами:

З хімічної точки зору відбір елементів при формуванні живих організмів зводиться до відбору тих з них, які здатні до утворення досить міцних, але в той же час лабільних хімічних зв'язків. Ці зв'язки повинні легко піддаватися як гомолитично, так і гетероліті чес кому розриву, а також циклізації.

Склад живого організму можна розділити на речовий (хімічні речовини; табл. 7.2) і елементарний (хімічні елементи):

В живих організмах виявлено близько 80 хімічних елементів, але достовірно відомо про функції в організмах лише приблизно 30 елементів.

Таблиця 7.2

Речовий (хімічний) склад живих організмів

вода

70%

Органічні речовини:

низькомолекулярні (ліпіди, вуглеводи і т. п.) високомолекулярні (білки, полісахариди, нуклеїнові кислоти)

20%

неорганічні речовини

10%

Встановлення життєвої необхідності (есенціальні) того чи іншого елемента для організму починається з проведення елементарного аналізу. Для цього використовуються абсорбційні спектрометри. Попередньо досліджувана тканина обзолюють. Зазвичай використовується «мокре озолення» (в струмі газоподібного С1 або в сильних кислотах).

Російський вчений В. В. Ковальський, виходячи із значущості для життєдіяльності, поділив хімічні елементи на 3 групи.

Елементи, життєво необхідні для побудови і життєдіяльності різних клітин і організмів, називають біогенними елементами.

Біогенні - народжують життя (органогенні, біофільние) елементи, концентрація кожного з них в організмі перевищує 1%. Точно перерахувати всі біогенні елементи в даний час ще неможливо через складність визначення дуже низьких концентрацій мікроелементів і встановлення їх біологічних функцій. Для 24 елементів біогенного встановлена надійно. Це елементи 1-й і деякі елементи 2-ї групи по Ковальському.

необхідні макроелементи - ті, без яких не може здійснюватися нормальна життєдіяльність організму. В першу чергу до них відносять С, Н, N, О (98% елементного складу всіх живих організмів) і Na, К, Са, Cl, Р, S, Fe, Mg (концентрація більше 0,001%).

мікроелементи (Діапазон концентрацій 10 3-10 5%) - Сі, Zn, Со, Mn, I, F, Мо і ін. (За Вернадським Сі, Zn, Со, Mn, I).

Крім того, виділяють домішкові елементи, які надходять з навколишнього середовища і поступово відкладаються в різних тканинах.

Іншими словами, якщо масова частка елемента в організмі: W,> 0,001%, то даний елемент відноситься до макроелементів (органогенного); якщо W, 0,001% - до мікроелементів.

У складі клітин, з яких складаються тканини людини, переважають такі елементи:

органогени: 02 (65-75%); С (15-18%); Н (8-10%); N (1,5-3%);

макроелементи: Mg, Na, Са, Fe, К, S, Р, С1 (сумарно близько 4-5%);

мікроелементи: Zn, Сі, З, I, F, Мп (сумарно близько 0,1%).

Подібний елементний склад мають клітини більшості тварин; відрізняються лише клітини рослин і мікроорганізмів.

Навіть ті елементи, які в клітинах містяться в мізерно малих кількостях, нічим не можуть бути замінені і абсолютно необхідні для життя. Так, вміст йоду в клітинах не перевищує 0,01%. Однак при нестачі його в ґрунті (в харчових продуктах) затримується ріст і розвиток організму.

  1. Сполучні тканини, загальна характеристика та класифікація - цитологія, гістологія і ембріологія
    Сполучні, або тканини внутрішнього середовища, поряд з епітеліальними є тканинами загального призначення, що виникли в еволюції багатоклітинних організмів на ранніх етапах. В онтогенезі сполучні тканини розвиваються першими. Відповідно до теорії І. І. Мечникова тканини внутрішнього середовища
  2. Список скорочень - вікова анатомія і фізіологія. Т.2 опорно-рухова і вісцеральні системи
    АТ - артеріальний тиск АДГ - антідіурстічсскій гормон (вазопрсссін) АКТГ - адрснокортікотропний гормон АТФ - аденозинтрифосфат АЦ - аденилатциклаза ВНД - вища нервова діяльність поза - вегетативна нервова система ВП - викликані потенціали ВПСП - збудливий постсинаптичний потенціал
  3. Специфіка і значення хімічного складу цитоплазми яйцеклітини - біологія. Частина 1
    Зріла яйцеклітина, як правило, буває більше ового- ванні і тим більше крупніше будь-яких інших соматичних клітин. В ході овогенеза в цитоплазмі яйцеклітини резервується велика кількість речовин, необхідних для її дозрівання і забезпечення раннього ембріогенезу. Функціональна роль запасених
  4. Спеціалізовані скоротливі тканини, поперечносмугаста м'язова тканина, серцева м'язова тканина - цитологія, гістологія і ембріологія
    До спеціалізованих скорочувальним тканинам відносять: міо епітеліальні клітини молочних, потових, слинних залоз; скоротливі клітини райдужної оболонки; м'язи, що звужують зіницю. Міоепітеліальние (корзинчаті, зірчасті) клітини мають ектодермальное походження. Вони розташовуються навколо секреторних
  5. Сортування клітин - біологія. Частина 1
    У процесі ембріогенезу клітини не тільки активно переміщаються, але і «Дізнаються» один одного, т. е. утворюють скупчення і пласти тільки з певними клітинами. Значні координовані переміщення клітин особливо характерні для періоду гаструляції. Сенс цих переміщень полягає в освіті відокремлених
  6. Сомато-сенсорна система - фізіологія вищої нервової діяльності та сенсорних систем
    В результаті вивчення даного розділу студент повинен: знати назви і механізм роботи механо- і терморецепторів шкіри; види пропріорецепторов і їх значення для організму; види вісцеральної чутливості; вміти описувати шляхи передачі сигналів від тіла в підкіркові і коркові області; пояснювати
  7. Смакова і нюхова сенсорні системи., особливості вестибулярної системи - вікова фізіологія і психофізіологія
    З самого народження повністю функціонують органи смаку і нюху. Новонароджені розрізняють солодке, солоне, кисле і гірке, реагують на сильні запахи. Шестодневний дитина здатна відрізнити запах своєї матері від запаху іншої жінки. Він реагує не тільки на запах молока і грудей, але і на запах
  8. Складні білки - біохімія
    Як правило, ці білки класифікують за небілкова компоненту. Ліпопротеїни складають велику групу складних білків. Ці макромолекули в значних кількостях знаходяться в мітохондріях, з них в основному складається ендоплазматичнийретикулум, їх виявляють і в плазмі крові, і в молоці. Як правило,
© 2014-2021  ibib.ltd.ua