Химические элементы организма

Химический состав живых организмов находится в тесной взаимосвязи с химическим составом земной коры и океанов. Количество химических элементов в организме обратно пропорционально их порядковым номерам, поскольку основу организма составляют элементы первых трех периодов периодической системы Д. И. Менделеева.

Решающее значение в использовании живыми организмами химических элементов принадлежит соотношению различных их свойств, их доступности для организмов в окружающей среде, а также способности организмов избирательно поглощать и концентрировать их. С точки зрения химии естественный отбор элементов сводился к отбору таких элементов, которые способны к образованию, с одной стороны, достаточно прочных, а с другой – лабильных химических связей.
Благодаря естественному отбору основу живых систем составляют только шесть элементов: углерод (С), водород (Н), кислород (О), азот (N), фосфор (Р) и сера (S), – их называют органогены.

Биологически значимые элементы — необходимые живым организмам для обеспечения нормальной жизнедеятельности

Для органогенов характерно разнообразие химических связей и это определяет многообразие биомолекул в живых организмах. Органогены образуют в основном водорастворимые соединения, что способствует их концентрированию в живых организмах, содержащих более 60 % воды.
Наряду с органогенами непосредственное и активное участие в самом ходе жизненных процессов, т. е. в обмене веществ, принимают следующие 10 элементов: К, Na, Са, Mg, Mn, Fe, Со, Cu, Zn, Мо – так называемые металлы жизни; на их долю в организме приходится 2,4 %. Все металлы жизни в организме или находятся в виде свободных катионов, или являются ионами-комплексообразователями, связанными с биолигандами. В виде свободных катионов находятся только натрий и калий, катионы кальция и магния встречаются как в свободном, так и в связанном состоянии (в виде комплексов или водонерастворимых соединений). Катионы остальных металлов жизни в основном входят в состав биокомплексов организма, устойчивость которых варьирует в широких пределах.
Все элементы-органогены и металлы жизни содержатся не только в организме человека, но также имеют широкую распространенность в земной коре и водах океана. Между элементным составом человеческого организма, океана и земной коры прослеживаются определенные взаимосвязи, указывающие на единство живой и неживой природы.
Все эти элементы являются биогенными элементами.

Содержание (% мас.) элементов в земной коре, морской воде и организме человека

Количественное содержание микроэлементов в организме человека подвержено значительным колебаниям и зависит от ряда условий: возраста, пола, времени года и суток, условий труда, вида трудовой деятельности, а также различных физиологических (беременность, лактация) и патологических состояний. Изменения в распределении микроэлементов между тканями организма могут служить диагностическим тестом и прогнозом того или иного заболевания, а также использоваться в судебно-медицинской экспертизе.
Для нормального протекания физиологических процессов в организме должен поддерживаться определенный уровень насыщения тканей микроэлементами, т. е. микроэлементный гомеостаз. В поддержании оптимального уровня микроэлементов в организме участвуют гормоны. Содержание микроэлементов ниже или выше этого уровня приводит к серьезным последствиям для здоровья человека.

Посмотрим как будет реагировать живой организме на разные количества элементов в пище.

Кривая зависимости реакции организма от содержания элемента в пище

Сбалансированный участок кривой описывает область доз, соответствующих оптимальному росту, здоровью, размножению. Большая протяженность этого участка указывает на малую токсичность элемента и на способность организма адаптироваться к значительным изменениям концентрации этого элемента. Далее мы видим резкий переход от необходимых организму количеств к опасным для жизни (токсичность). В этом случае незначительное увеличение дозы микроэлемента может привести к летальному исходу. Именно поэтому микроэлементы: Be, Ba, As, Pb, Cd, Hg, Тl — называются элементами- токсикантами.

Органогены – элементы, из атомов которых состоят основные компоненты живых систем: белки, жиры, углеводы, нуклеиновые
кислоты и другие биологически активные соединения. Все органогены: Н, С, N, Р, О, S – являются неметаллами