Обсудим, какие химические элементы входят в состав живых организмов, зачем они нужны и на какие группы по частоте встречаемости делятся.
И живые и неживые организмы состоят из одних и тех же атомов, разница лишь в их соотношении. Очевидно, что ты и твой стул как-то различаются на химическом уровне, но как именно и почему?
Вспомним одно из свойств живого — единство химического состава. Хоть ты совсем не похож на амебу, дуб, коралл или мухомор, состав атомов в ваших клетках весьма сходен.
Классификация элементов в живых организмах
По частоте встречаемости химические вещества клетки можно разделить на четыре группы:
1) органогены (основа, из которых состоят органические вещества, их много, аж 98%!)
2)макроэлементы— не больше 1%
3) микроэлементы
4) Ультрамикроэлементы
Обратите внимание, что иногда органогены считают как подгруппу макроэлементов, а не выделяют в отдельную!
Учить их нужно именно по смыслу, зачем нужен каждый элемент, а не просто зубрить названия. Понимая функции, вы легко определите, насколько часто встречается каждый и к какой группе относится.
Органогены
Те самые элементы, которые составляют основу органических веществ — белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот. Чтобы их вспомнить, надо вспомнить, что входит в состав органических соединений:
1) Углерод (С) — просто основа, он есть в любых органических веществах. Именно благодаря свойствам атома углерода возможно существование жизни.
2) Водород (Н) — обычно тусуется рядом с углеродом, занимая свободные валентности.
3) Кислород (О) — тоже есть в любых органических соединениях.
4) Азот (N) — входит в состав белков и нуклеиновых кислот. Белки — основа живого, их больше всего, поэтому и азот попал в органогены. В аминокислотах образует аминогруппу, в нуклеиновых кислотах входит в состав азотистых оснований (аденин, тимин, гуанин, цитозин, урацил).
Давайте вспомним формулы основных органических соединений, чтобы лучше запомнить, где там какие элементы.
Углеводы
На рисунке обычно выглядят как многоугольники с торчащими ОН-группами. Каждый угол — это атом С (углерод), его обычно не рисуют, но он там есть. На рисунке у нас 6 углеродный моносахарид — глюкоза. Получается, что углеводы содержат три атома — С (углерод) , О (кислород), H (водород).
Жиры
Мы видим ось, состоящую из атомов С — это глицерин, и три торчащие вбок группы — это жирные кислоты. R — радикал, просто обозначение длинного хвостика, который будет отличаться у разных жирных кислот. Значит в жирах у нас как и в углеводах содержатся три атома — С (углерод) , О (кислород), H (водород).
Белки
Тут возьмем формулу не целого белка, а его составляющей — аминокислоты. Мы снова видим углероды как основу, радикал, который может быть разным, карбоксильную группу (СООН), которая содержит кислороды, и аминогруппу (NH2), которая содержит азот. Получается белки тоже содержат атомы С (углерод) , О (кислород), H (водород) и также содержат азот (N). Так как белков ооочень много, то и азота очень много, он тоже будет органогеном.
Нуклеиновые кислоты
Тоже посмотрим не на целую ДНК или РНК, а на ее составную часть — нуклеотид. Он состоит из:
— остатка фосфорной кислоты — оранжевое
— сахара рибозы или дезоксирибозы — синее
— азотистого основания — желтое
Сахар в нуклеотиде как любой углерод состоит из C, O, H, азотистое основание тоже в каждом углу имеет атомы C и Н (на свободных позициях) + атомы азота N. Но что по поводу атома фосфора в остатке фосфорной к-ты, почему он не органоген? Посчитайте, на каждый нуклеотид приходится 2-5 атомов азота (N) и всего один атом фосфора (P)! Плюс фосфор есть только в нуклеиновых кислотах, а азот есть и в белках, а белков в клетке больше, чем нуклеиновых кислот. Так что да, фосфор не дотягивает, он попадет в группу макроэлементов, но не попадет в органогены.
Макроэлементы
Макро — большой, как увеличение в маркосъемке, когда мы что-то видим в большем разрешении. Так что это те химические элементы, которых в клетках много, но меньше, чем органогенов. Значит у этих элементов есть какая-то особая функция, очень распространенная в живых организмах.
Сначала назовем их — Ca (кальций), K (калий), Mg (магний), S (сера), Na (натрий), Cl (хлор), P (фосфор).
Кальций — Ca
Первое, что сразу приходит в голову, из кальция состоят кости и зубы, точнее из фосфата кальция, так что фосфор тоже участвует. У моллюсков из карбоната кальция состоят раковины. Запоминать кальций как макроэлемент по костям проще всего, но если бы это была его единственная функция, он вряд ли попал бы в макроэлементы, ведь дааалеко не все организмы имеют скелет.
Кроме этого ионы кальция делают возможным сокращения мышц. Да-да, именно благодаря ему мы можем двигаться!
Сердце тоже мышца — так что кальций отвечает еще и за сердечные сокращения, усиливая их (а калий — угнетает).
Также кальций участвует в свертывании крови — благодаря ему, если мы поранились, кровь останавливается.
Калий (К), Натрий (Na), Хлор (Cl)
Эта прекрасная троица участвует в проведении нервного импульса. Ионы этих веществ, проходя через мембрану сквозь ионные каналы, создают разницу зарядов.
Также они тоже участвуют в сокращении мышц и работе сердца.
Еще раз — калий угнетает работу сердца, а кальций — усиливает
Хлор помимо этого создает кислую среду желудка — ввиде соляной кислоты (НCl)
Магний — Mg
Входит в состав хлорофилла — зеленого пигмента растений, благодаря которому они осуществляют фотосинтез. Растений на Земле огромная биомасса, поэтому магний тоже попал в макроэлементы.
Сера — S.
Входит в состав аминокислоты цистеин, значит и в состав белков.
Также образует дисульфидные мостики в третичной структуре белков (как раз за счет цистеинов) — то есть благодаря ей белки могут сворачиваться в глобулы
Почему азот который входит в состав белков попал в органогены, а сера, которая тоже содержится в белках осталась просто макроэлементом? Дело в том, что азот входит в состав всех аминокислот белка, а сера только в состав цистеина, одной их многих аминокислот. Конечно же, ее меньше, она не дотягивает до органогена.
Фосфор — P
Как мы уже обсуждали, фосфор входит в состав нуклеиновых кислот — ДНК и РНК
Кроме этого, фосфор входит в состав АТФ — аденозинтрифосфата, энергетической валюты клетки.
Микроэлементы
Микро- маленький, этих элементов в клетках гораздо меньше. Перечислим основные:
I (йод) , Fe (железо), Zn (цинк), Cu (медь) , F (фтор)
Йод — I
Входит в состав гормонов щитовидной железы — тироксина, трийодтиронина и тд. Эти гормоны регулируют скорость обмена веществ.
Железо — Fe
Входит в состав гемоглобина — белка, который переносит кислород и углекислый газ на эритроцитах крови.
Гемоглобин и хлорофилл — почти одинаковые, только в гемоглобине железо, а в хлорофилле — магний. Почему же тогда магний попал в макроэлементы, а железо — в микроэлементы? Дело в том, что масса растений на Земле гораздо больше, чем масса позвоночных животных с кровью.
Цинк — Zn
Входит в состав ферментов — белковых молекул, ускоряющих химические реакции. Без ферментов почти никакие процессы в организме просто не смогли бы происходить.
На картинке, которую я взяла из чьей-то презентации, можно почитать о нем поподробнее.
Медь — Cu
Как и цинк, является компонентом многих ферментов. В составе этих ферментов регулирует жизненно-важные процессы, такие как дыхание, фотосинтез, синтезы разных веществ и тд.
Также медь входит в состав коллагена и эластина, которые поддерживают упругость кожи ( и не только)
Фтор — F
Входит в состав эмали зубов. Вспомним пасты со фтором)
Ультрамикроэлементы
Их настолько мало, что проще их вообще не обсуждать). Например это золото, серебро, берилий и тд.
Интересный факт — в организме взрослого человека содержится примерно 10 мг золота — это одна сотая грамма, в сто раз более маленький кусочек, чем изображен на картинке!
Как все это учить? Упаси вас Господь открывать картинку с частотой встречаемости элементов и тупо зубрить их названия и процент… Отталкивайтесь от функций, помните, для чело нужен каждый элемент и насколько эта функция распространена в живых организмах.
Сейчас попытайтесь вспомнить основные элементы, сказать к какой группе они относятся и зачем они нужны. Успехов!
