Элементный состав живых организмов. Химический состав организмов, в отличие от объектов неживой природы, относительно устойчивый. Из более 100 различных типов атомов химических элементов и их изотопов в живых организмах
обнаруживают почти 60. Одни из них являются обязательными во всех организмах без исключения, другие - только в отдельных. Вместе с тем в живых организмах не обнаружено ни одного из химических элементов, которого бы не было в неживой природе. Это одно из свидетельств единства живой и неживой природы. Всего в организмах так называемых макроэлементов, т.е. химических элементов, суммарная доля которых - около 99,9% их массы. К ним относятся водород, Карбон, азот, кислород, кальций, калий, натрий, Ферум, Магний, Сера, Хлор, Фосфор (см. табл. 4.1). Первые четыре из них относят к органогенных элементов, поскольку их суммарная доля составляет почти 98% массы живых существ. Кроме того, эти элементы являются основными составляющими органических соединений, о которых пойдет речь в следующей теме. Стоит вспомнить роль кислорода (О2) в процессе дыхания организмов. Поступая в организм живого существа при дыхании, он обеспечивает окисления различных органических соединений. Вследствие этих процессов высвобождается энергия, которая обеспечивает разнообразные процессы жизнедеятельности. Лишь некоторые организмы, преимущественно бактерии и паразитические животные, могут существовать при отсутствии кислорода, их называют анаэробными.
Атомы азота входят в состав минеральных соединений, которые потребляют из почвы растения. Соединения азота способствуют росту растений, повышению их зимостойкости. Азот (N2) преобладает среди других атмосферных газов (около 79%). И хотя для большинства живых существ этот газ инертный, его могут усваивать из атмосферы некоторые организмы (например, азотфиксирующие бактерии, цианобактерии). Благодаря этому соединения азота поступают в почву, сохраняя и повышая ее плодородие (рис. 4.1).
Поскольку азот входит в состав белков и других органических веществ, его соединения необходимы для нормального роста организмов. А еще вспомните, что азот входит в состав хитина - составной клеточной стенки грибов и наружного скелета членистоногих (рис. 4.2), которая придает им дополнительную прочность.
Карбон в составе СО2 обеспечивает воздушное питание растений и других организмов, способных к фотосинтезу (пурпурные и зеленые сиркобактерии, цианобактерии, некоторые одноклеточные животные). Эти автотрофные организмы фиксируют СО2 и используют Карбон для синтеза собственных органических веществ. А дальше по цепям питания созданные ими органические соединения передаются гетеротрофным организмам, например животным.
Соединения кальция входят в состав раковин моллюсков, некоторых одноклеточных животных (фораминифер), панцирей раков, костей и зубов позвоночных животных и т.д.. Важное значение имеет достаточное поступление соединений кальция в организм детей и беременных женщин. Недостаток соединений кальция у детей может привести искривление костей - рахит. Усиленные расходы соединений кальция в организме беременных женщин связаны с тем, что в настоящее время формируется скелет зародыша. Соединения кальция содержат куриные яйца, молочные продукты, в частности мягкий сыр и т.д..
Соединения калия необходимы для нормальной деятельности нервной и сердечно-сосудистой систем, мускулатуры. Важная роль соединений калия и кальция в регуляции работы сердца: повышенная концентрация ионов Са2 + ускоряет работу сердца, а ионов К + - замедляет. Эти особенности влияния ионов К + ис-
ют для создания лекарств, нормализующих работу сердца. Количество соединений калия содержится в картофеле, фруктах (абрикосах, сливах и т.п.).
Соединения калия и меди повышают холодостойкость растений и тем самым обеспечивают лучшее переживания зимнего периода. Вы уже знаете, что атом железа входит в состав дыхательного пигмента-гемоглобина (рис. 4.3, 2). Гемоглобин способен связывать газы (вспомните, какие) и транспортировать их по организму. Поэтому при недостатке в организме железа или при нарушении усвоения этого химического элемента могут нарушаться процессы образования эритроцитов, возникает заболевание-малокровие, или анемия. Соединения железа, необходимые для кроветворения, содержащиеся в яблоках и других продуктах растительного происхождения (абрикосах, зелени петрушки и т.п.), а также печени и яйцах.
Соединения железа и магния необходимые растениям для того, чтобы в их клетках образовывался пигмент хлорофилл. Атом магния входит в состав молекулы хлорофилла, а для синтеза хлорофилла необходимо наличие железа. При недостатке или отсутствии этих химических элементов листья растений становятся бледно-зелеными или вообще теряют зеленый цвет. Вследствие этого процессы фотосинтеза нарушаются или прекращаются, и растение в конце концов погибает. Такое заболевание называется хлороз (рис. 4.3, 2).
Фосфор способствует работе головного мозга, участвует в формировании скелета и т.п.. Соединения фосфора в значительных количествах нужны и растениям. В частности, они способствуют быстрому созреванию плодов и обеспечивают зимостойкость растений. Соединения фосфора поступают в наш организм с молоком и молочными продуктами, рыбой, яйцами и др..
Свыше 60 химических элементов относятся к группе микроэлементов (йод, кобальт, марганец, медь, молибден, цинк и др.), ведь их содержание составляет 10-12-10-3% массы живых существ. Среди них выделяют группу ультра-микроэлементов (свинец, Бром, Аргентум, Аурум и др.)., Содержание которых еще ниже. Микроэлементы, содержащиеся в клетке, входящих в состав органических и неорганических соединений или находятся в виде ионов.
Хотя содержание микроэлементов в организмах незначительный, их роль в обеспечении нормального функционирования организмов может быть важной. Вспомните, Йод необходим для того, чтобы щитовидная железа вырабатывала гормоны (тироксин, трийодтиронин). Недостаточное поступление йода в организм человека с пищей или водой может повлечь нарушение синтеза этих гормонов. Как вы помните из курсов Основы здоровья и Биология 9-го класса, это может привести к тяжелым заболеваниям человека, связанных с нарушением обмена веществ, например микседемы, кретинизма. У людей, живущих в местностях, где вода и почва содержат мало Йода, часто развивается заболевание эндемический зоб (эндемический в переводе с греческого-местный, присущий данной местности), когда разрастаются ткани щитовидной железы (рис. 4.4). При этом производится меньше нормы гормона тироксина. Для профилактики йододефицита в таких местностях йодируют соль: к поваренной соли добавляют калий йодид. Многие соединения Йода содержат бурые водоросли, например ламинария, или морская капуста.
Вы уже знаете, что в состав эмали зубов входит фтора, который придает ей прочности. Недостаток этого элемента в организме приводит к разрушению эмали зубов. Как вы помните, это заболевание называют кариесом (рис. 4.5). Поэтому, выбирая зубную пасту, обращайте внимание на содержание в ней фтора и кальция, которые укрепляют зубы. Эти элементы есть и в некоторых продуктах питания: молоке, сырах, шпинате и т.д.. Цинк необходим для образования гормонов поджелудочной железы, Бром - гормонов гипофиза. (Вспомните, какие гормоны вырабатывают эти железы.)
Кобальт и медь - необходимы для процессов кроветворения (вспомните, в состав дыхательных пигментов каких животных входит медь). Кобальт входит в состав витамина В12 (цианкобаламина), недостаток которого в организме приводит к злокачественному малокровию (анемии). Для человека основным источником над происхождения витамина В12 являются продукты питания животного происхождения - печень крупного рогатого скота, почки, мясо, сыр, рыбные продукты и т.д..
Соединения кремния входят в состав опорных структур некоторых организмов: клеточных стенок хвощей, панцирей диатомовых водорослей, внутриклеточного скелета радиолярий, скелета некоторых губок и т.п.. Вместе с тем попадание соединений кремния в органы дыхания может нарушить их функционирование. Так, вследствие длительного вдыхания производственной пыли, содержащей SiO2, возникает опасное заболевание легких - силикоз. Поэтому людям, работа которых связана с промышленным пылью (например, шахтерам), следует защищать дыхательные пути с помощью марлевых повязок или респираторов.