Химический состав клетки

Для всего живого характерно избирательное отношение к окружающей среде. Из 110 элементов периодической системы Д. И. Менделеева в состав организмов входит более половины. Однако необходимых для жизни элементов, без которых живое не может обойтись, всего около 20.

Все эти элементы входят в состав неживой природы и земной коры, а также в состав живых организмов, но их процентное распределение в живых и неживых телах различно.

Элементный состав живой материи

Накоплением знаний о биомолекулах занимается молекулярная биология, развивающаяся в тесном контакте с биохимией. Биохимия изучает жизнь на уровне молекул и элементов.

Элементы живых систем делят на три группы в соответствии с их концентрацией в клетке.

Макроэлементы (греч. makrós — большой и лат. elemėntum — первоначальное вещество) — химические элементы, являющиеся основными компонентами всех живых организмов. К ним относят кислород, водород, углерод, азот, железо, фосфор, калий, кальций, сера, магний, натрий и хлор. Эти элементы также и универсальные компоненты органических соединений. Их концентрация достигает в сумме 98 — 99%.

Все макроэлементы разделяют на 2 группы.

Роль макроэлементов I и II групп

Биоэлементы (греч. bios — жизнь и лат. elemėntum — первоначальное вещество), или органогены (лат. organum — инструмент, орудие и греч. genesis — происхождение), — макроэлементы, составляющие основу большинства органических молекул. 

Это кислород, водород, углерод, азот, фосфор и сера. 

Содержание биоэлементов в клетке

Микроэлементы (греч. mikrós — малый и лат. elemėntum — первоначальное вещество) — химические элементы, содержащиеся в организмах в низких концентрациях (обычно тысячные доли процента и ниже), но крайне необходимые для нормальной жизнедеятельности. Это алюминий, медь, марганец, цинк, молибден, кобальт, никель, иод, селен, бром, фтор, бор и некоторые другие.

Микроэлементы входят в состав разнообразных биологически активных соединений: ферментов (например, Zn, Cu, Mn, Mo; всего известно около 200 металлоферментов), витаминов (Со — в состав витамина B₁₂), гормонов (I — в тироксин, Zn и Со — в инсулин), дыхательных пигментов (Cu — в гемоцианин). Микроэлементы влияют на рост, размножение, кроветворение и т. д.

Роль микроэлементов в организме

Кобальт входит в состав витамина В₁₂ и принимает участие в синтезе гемоглобина, его недостаток приводит к анемии.

1 — кобальт в природе; 2 — структурная формула витамина В₁₂; 3 — эритроциты здорового человека и эритроциты больного анемией

Молибден в составе ферментов участвует в фиксации азота у бактерий и обеспечивает работу устьичного аппарата у растений.

1 — молибденит (минерал, содержащий молибден); 2 — азотфиксирующие бактерии; 3 — устьичный аппарат

Медь является компонентом фермента, участвующего в синтезе меланина (пигмента кожи), влияет на рост и размножение растений, на процессы кроветворения у животных организмов.

1 — медь; 2 — частицы меланина в клетках кожи; 3 — рост и развитие растения

Йод у всех позвоночных животных входит в состав гормона щитовидной железы — тироксина.

1 — йод; 2 — внешний вид щитовидной железы; 3 — клетки щитовидной железы, синтезирующие тироксин

Бор влияет на ростовые процессы у растений, его недостаток приводит к отмиранию верхушечных почек, цветков и завязей.

1 — бор в природе; 2 — пространственная структура бора; 3 — верхушечная почка

Цинк входит в состав гормона поджелудочной железы — инсулина, а также действует на рост животных и растений.

1 — пространственная структура инсулина; 2 — поджелудочная железа; 3 — рост и развитие животных

В организмы растений и микроорганизмов микроэлементы поступают из почвы и воды; в организмы животных и человека — с пищей, в составе природных вод и с воздухом.

Организмы, способные накапливать определенные микроэлементы, называют организмами-концентраторамии. 

Морские водоросли, например, фукус и ламинария, могут накапливать в организмах до 1% йода. Именно водоросли используют для промышленного получения этого микроэлемента. 

Концентраторами меди являются осьминоги, каракатицы, устрицы и некоторые другие моллюски. В их крови медь, входящая в состав дыхательного пигмента — гемоцианина, — играет ту же роль, что железо в крови человека. 

Растения из семейства Лютиковые (лютик, водосбор, купальница и др.) способны накапливать литий.

Хвощ является рекордсменом среди растений по содержанию кремния. Так, в сухом веществе хвоща полевого содержится 9% кремнезема, а в золе до 96%. В больших количествах кремний концентрируют морские организмы — диатомовые водоросли, радиолярии, губки. Из кремнезема построены их скелетные элементы — панцири простейших и скелеты некоторых губок.

Недостаток или избыток микроэлементов приводят к нарушению обмена веществ и ведут к заболеваниям человека и животных — биогеохимическим эндемиям.

Ультрамикроэлементы (лат. ultra — сверх, за пределами; греч. mikrós — малый и лат. elemėntum — первоначальное вещество) — химические элементы, содержащиеся в организмах в ничтожно малых концентрациях. К ним относят золото, бериллий, серебро и некоторые другие элементы. 

Их физиологическая роль в живых организмах пока до конца не установлена.

< Предыдущая страница "История изучения клетки. Клеточная теория"

Следующая страница "Неорганические вещества клетки. Вода" >