Химический состав живых организмов

Макрои микроэлементы. Неорганические вещества организма

Клетки всех живых организмов сходны по химическому составу. В них обнаружено около 80 химических элементов, которые по количественному содержанию в живом веществе делятся на три группы: макроэлементы, на долю которых приходится более 99% содержимого организма; микроэлементы, доля которых составляет 0,1%; ультрамикроэлементы — менее 0,01%.

Макроэлементы делят на две группы. К первой относят кислород, углерод, водород, азот, на которые в сумме приходится около 98% массы клетки. Из кислорода и водорода состоит вода; углерод, кислород и водород присутствуют во всех органических соединениях клетки, а азот входит в любую белковую молекулу. Вторую группу составляют кальций, фосфор, калий, натрий, хлор, сера, железо, магний, сумма которых составляет 1,9%. Несмотря на небольшое количество, они играют важную роль в жизнедеятельности организма, и недостаток или отсутствие любого из них может привести к заболеваниям.

Основные микроэлементы — это медь, цинк, йод, фтор, марганец, никель, кобальт. Они входят в состав биологически активных веществ — ферментов, витаминов и гормонов.

Роль большинства ультрамикроэлементов в организме до сих пор не выяснена. К ним относятся золото, серебро, бром, селен, мышьяк, бор и др.

Все химические соединения в клетке делят на неорганические и органические. К неорганическим относят воду и соли; к органическим — углеводы, липиды, белки, нуклеотиды, нуклеиновые кислоты, витамины.

Вода (Н₂0) — это самое распространенное в живых организмах неорганическое соединение. Ее содержание колеблется в широких пределах: в клетках эмали зубов вода составляет, но массе около 10%, а в клетках развивающегося зародыша — более 90%. Количество воды в клетке указывает на степень ее физиологической активности. Это обусловлено, в первую очередь, тем, что все биохимические реакции в клетке осуществляются в водном растворе.

Хотя молекула воды в целом не заряжена, из-за расположения в ней электронов каждый из двух атомов водорода обладает частично положительным зарядом, а атом кислорода несет частично отрицательный заряд. Поэтому молекула воды поляризована и является диполем (имеет два полюса). Благодаря полярности своих молекул вода является очень хорошим растворителем. Она легко растворяет ионные соединения (соли, кислоты, основания). Хорошо растворяются в воде и некоторые не ионные, но полярные соединения, т. е. соединения, в молекуле которых присутствуют заряженные (полярные) группы, например сахара, простые спирты, аминокислоты. Вещества, хорошо растворимые в воде, называются гидрофильными (hygros — влажный и philia — дружба, склонность). Вещества, плохо или вовсе нерастворимые в воде, называются гидрофобными (phobos — страх). К ним относятся жиры, нуклеиновые кислоты, некоторые белки. Такие вещества могут образовывать с водой поверхности раздела, на которых протекают многие химические реакции. Следовательно, тот факт, что вода не растворяет неполярные вещества, для живых организмов также очень важен.

Вода имеет еще ряд свойств, важных для жизнедеятельности. Здесь мы отметим только, что ее молекулы способны диссоциировать на ионы водорода Н⁺ и гидроксила ОН^-, которые принимают участие во многих биохимических процессах.

Многие соли в организме, находясь в водном растворе, диссоциируют до заряженных частиц — ионов. Из катионов для организма особенно важны К⁺, Na⁺, Са2⁺, Mg²⁺, а из анионов — СЬ, II2P0₄-, Н2РО|", НСО3. Для нормальной работы нервной системы, строению которой посвящена эта книга, в первую очередь необходимы ионы калия, натрия, кальция и хлора, обеспечивающие электрические процессы в нервных клетках (см. параграф 2.7).