Hvilke kjemiske elementer er inkludert i cellen? Rollen og funksjonen til de kjemiske elementene som utgjør cellen. Biologipresentasjon om "kjemiske elementer og deres biologiske rolle i kroppen"

I menneskekroppen er det funnet 86 kjemiske elementer som er en del av det periodiske systemet for kjemiske elementer fra D.I. Mendeleev. Disse elementene er konvensjonelt delt inn i fire grupper:

• makronæringsstoffer - elementer som utgjør hoveddelen av cellen (ca. 98-99% når det gjelder tørrvekt), inkludert karbon (C), hydrogen (H), oksygen (O) og nitrogen (N);
• elementene, hvis innhold i cellen, når det gjelder tørrvekt, er ca. 1,9%. Disse er kalium (K), natrium (Na), kalsium (Ca), magnesium (Mg), svovel (S), fosfor (P), klor (Cl) og jern (Fe);
• elementer, hvis innhold i cellen, når det gjelder tørrvekt, er mindre enn 0,01% - sporstoffer. Disse er sink (Zn), kobber (Cu), fluor (F), jod (I), kobolt (Co), molybden (Mo), etc.
• elementer, hvis innhold i cellen, når det gjelder tørrvekt, er mindre enn 0,00001% - ultramikroelementer: gull (Au), uran (U), radium (Ra), etc.

Rollen til kjemiske elementer i cellene til levende organismer

Hvert element som er en del av en levende organisme er ansvarlig for å utføre en bestemt funksjon (tabell 1).

Tabell 1. Rollen til kjemiske elementer i cellene til levende organismer.

Mangel på ethvert element kan føre til sykdom og til og med kroppens død, siden hvert element spiller en bestemt rolle. Makronæringsstoffer i den første gruppen danner grunnlaget for biopolymerer - proteiner, karbohydrater, nukleinsyrer, så vel som lipider, uten hvilke liv er umulig. Svovel er en del av noen proteiner, fosfor er en del av nukleinsyrer, jern er en del av hemoglobin, og magnesium er en del av klorofyll. Kalsium spiller en viktig rolle i stoffskiftet

Noen av de kjemiske elementene i cellen er en del av uorganiske stoffer - mineralsalter og vann. Mineralsalter finnes i cellen som regel i form av kationer (K \u200b\u200b+, Na +, Ca 2+, Mg 2+) og anioner (HPO 4 2-, H2 PO 4 -, CI -, HCO 3 -), forholdet som bestemmer surheten i miljøet, som er viktig for den vitale aktiviteten til celler, så det litt alkaliske miljøet til mange celler og dets pH endres nesten ikke, fordi et visst forhold mellom kationer og anioner opprettholdes konstant i det.

Vann spiller en viktig rolle i kjemiske reaksjoner i cellen i vandige løsninger. Det løser opp metabolske produkter som er unødvendige for kroppen og letter dermed fjerningen fra kroppen. Det høye vanninnholdet i cellen gir elastisitet. Vann letter bevegelsen av forskjellige stoffer i eller fra celle til celle.

Eksempler på problemløsning

EKSEMPEL 1

EKSEMPEL 2

Cellene til levende organismer ved sin kjemiske sammensetning skiller seg betydelig fra det livløse miljøet rundt dem både i strukturen til kjemiske forbindelser, og i settet og innholdet av kjemiske elementer. Totalt inneholder levende organismer (funnet hittil) omtrent 90 kjemiske elementer, som avhengig av innholdet er delt inn i 3 hovedgrupper: makronæringsstoffer , sporelementer og ultramikroelementer .

Makronæringsstoffer.

Makronæringsstoffer er til stede i betydelige mengder i levende organismer, alt fra hundredeler av prosent til titalls prosent. Hvis innholdet av et kjemisk stoff i kroppen overstiger 0,005% av kroppsvekten, blir et slikt stoff referert til som makronæringsstoffer. De finnes i hovedvevet: blod, bein og muskler. Disse inkluderer for eksempel følgende kjemiske elementer: hydrogen, oksygen, karbon, nitrogen, fosfor, svovel, natrium, kalsium, kalium, klor. Makronæringsstoffer utgjør totalt 99% av massen av levende celler, med de fleste (98%) nøyaktig hydrogen, oksygen, karbon og nitrogen.

Tabellen nedenfor oppsummerer de viktigste makronæringsstoffene i kroppen:

Alle fire av de vanligste elementene i levende organismer (disse er hydrogen, oksygen, karbon, nitrogen, som nevnt tidligere) har en felles egenskap. Disse elementene mangler en eller flere elektroner i den ytre banen for å danne stabile elektroniske bindinger. Så, hydrogenatomet mangler ett elektron i den ytre bane for dannelse av en stabil elektronisk binding, oksygen, nitrogen og karbonatomer - henholdsvis to, tre og fire elektroner. I denne forbindelse danner disse kjemiske elementene lett kovalente bindinger på grunn av sammenkobling av elektroner, og kan lett samhandle med hverandre og fylle deres ytre elektronskall. I tillegg kan oksygen, karbon og nitrogen danne ikke bare enkle, men også dobbeltbindinger. Som et resultat øker antallet kjemiske forbindelser som kan dannes av disse elementene betydelig.

I tillegg er karbon, hydrogen og oksygen det letteste blant elementene som kan danne kovalente bindinger. Derfor viste de seg å være den mest egnede for dannelsen av forbindelser som utgjør levende materie. Det bør bemerkes separat en annen viktig egenskap ved karbonatomer - evnen til å danne kovalente bindinger med fire andre karbonatomer på en gang. Takket være denne evnen er rammer laget av et stort utvalg av organiske molekyler.

Mikroelementer.

Selv om innholdet sporstoffer ikke overstiger 0,005% for hvert enkelt element, og totalt utgjør de bare omtrent 1% av cellemassen, sporstoffer er nødvendige for den vitale aktiviteten til organismer. I mangel eller utilstrekkelig innhold kan forskjellige sykdommer forekomme. Mange sporstoffer er en del av ikke-proteingruppene av enzymer og er nødvendige for deres katalytiske funksjon.
For eksempel er jern en bestanddel av hem, som er en del av cytokromer, som er komponenter i elektrontransportkjeden, og hemoglobin, et protein som transporterer oksygen fra lungene til vev. Jernmangel i menneskekroppen forårsaker utvikling av anemi. Og mangel på jod, som er en del av skjoldbruskkjertelhormonet - tyroksin, fører til forekomst av sykdommer assosiert med mangel på dette hormonet, som endemisk struma eller kretinisme.

Eksempler på mikronæringsstoffer er presentert i tabellen nedenfor:

Ultramikroelementer.

Gruppen ultramikroelementer inneholder elementer, hvis innhold i kroppen er ekstremt lite (mindre enn 10-12%). Disse inkluderer brom, gull, selen, sølv, vanadium og mange andre elementer. De fleste av dem er også nødvendige for at normale organismer fungerer normalt. For eksempel kan mangel på selen føre til kreft, og mangel på bor er årsaken til noen sykdommer i planter. Mange elementer i denne gruppen, så vel som sporstoffer, er en del av enzymer.

Organismer består av celler. Cellene i forskjellige organismer har en lignende kjemisk sammensetning. Tabell 1 viser de viktigste kjemiske elementene som finnes i cellene til levende organismer.

Tabell 1. Innhold av kjemiske grunnstoffer i cellen

I henhold til innholdet i cellen kan tre grupper av elementer skilles ut. Den første gruppen inkluderer oksygen, karbon, hydrogen og nitrogen. De utgjør nesten 98% av den totale cellesammensetningen. Den andre gruppen inkluderer kalium, natrium, kalsium, svovel, fosfor, magnesium, jern, klor. Innholdet deres i cellen er tiendedeler og hundredeler av en prosent. Elementer av disse to gruppene tilhører makronæringsstoffer (fra gresk. makro - stor).

Resten av elementene, representert i cellen med hundredeler og tusendeler av en prosent, er inkludert i den tredje gruppen. den sporelementer (fra gresk. mikro - liten).

Ingen elementer som bare ligger i levende natur ble funnet i cellen. Alle de oppførte kjemiske elementene er også en del av den livløse naturen. Dette indikerer enheten i den levende og livløse naturen.

Mangel på ethvert element kan føre til sykdom og til og med kroppens død, siden hvert element spiller en bestemt rolle. Makronæringsstoffer i den første gruppen danner grunnlaget for biopolymerer - proteiner, karbohydrater, nukleinsyrer, så vel som lipider, uten hvilke liv er umulig. Svovel er en del av noen proteiner, fosfor er en del av nukleinsyrer, jern er en del av hemoglobin, og magnesium er en del av klorofyll. Kalsium spiller en viktig rolle i stoffskiftet.

Noen av de kjemiske elementene i cellen er inkludert i sammensetningen av uorganiske stoffer - mineralsalter og vann.

Mineralsalter er som regel i cellen i form av kationer (K \u200b\u200b+, Na +, Ca 2+, Mg 2+) og anioner (HPO 2- / 4, H2P0- / 4, CI-, HCO3), hvis forhold er bestemmer surheten i miljøet, noe som er viktig for den vitale aktiviteten til celler.

(I mange celler er mediet svakt alkalisk og pH-verdien endres knapt, siden et bestemt forhold mellom kationer og anioner opprettholdes konstant i det.)

Av uorganiske stoffer i levende natur, spiller en stor rolle vann.

Livet er umulig uten vann. Det utgjør en betydelig masse av de fleste celler. Mye vann er inneholdt i cellene i den menneskelige hjerne og embryoer: mer enn 80% vann; i fettvevsceller - bare 40.% Ved alderdom avtar vanninnholdet i cellene. En person som har mistet 20% av vannet dør.

De unike egenskapene til vann bestemmer dens rolle i kroppen. Den deltar i varmeregulering, noe som skyldes den høye varmekapasiteten til vann - forbruket av en stor mengde energi under oppvarming. Hva bestemmer vannens høye varmekapasitet?

I et vannmolekyl er et oksygenatom bundet kovalent til to hydrogenatomer. Vannmolekylet er polært, siden oksygenatomet har en delvis negativ ladning, og hvert av de to hydrogenatomene har

Delvis positiv ladning. En hydrogenbinding dannes mellom oksygenatomet i et vannmolekyl og hydrogenatomet i et annet molekyl. Hydrogenbindinger forbinder et stort antall vannmolekyler. Når vann varmes opp, blir en betydelig del av energien brukt på å bryte hydrogenbindinger, som bestemmer dens høye varmekapasitet.

Vann - godt løsemiddel... På grunn av sin polaritet samhandler molekylene med positivt og negativt ladede ioner, og letter oppløsningen av stoffet. I forhold til vann er alle cellestoffene delt inn i hydrofile og hydrofobe.

Hydrofil (fra gresk. hydro - vann og phileo - kjærlighet) er stoffer som oppløses i vann. Disse inkluderer ioniske forbindelser (f.eks. Salter) og noen ikke-ioniske forbindelser (f.eks. Sukker).

Hydrofobisk (fra gresk. hydro - vann og phobos - frykt) er stoffer som er uoppløselige i vann. Disse inkluderer for eksempel lipider.

Vann spiller en viktig rolle i kjemiske reaksjoner i cellen i vandige løsninger. Det løser opp metabolske produkter som er unødvendige for kroppen og letter dermed fjerningen fra kroppen. Det høye vanninnholdet i cellen gir det elastisitet... Vann letter bevegelsen av forskjellige stoffer i eller fra celle til celle.

Kropper av livlig og livløs natur består av de samme kjemiske elementene. Levende organismer inneholder uorganiske stoffer - vann og mineralsalter. De viktige funksjonene til vann i cellen skyldes de spesielle egenskapene til dens molekyler: deres polaritet, evnen til å danne hydrogenbindinger.

UORGANISKE CELLEKOMPONENTER

I cellene til levende organismer finnes omtrent 90 elementer, og omtrent 25 av dem finnes i nesten alle celler. I henhold til innholdet i cellen er kjemiske elementer delt inn i tre store grupper: makroelementer (99%), sporstoffer (1%), ultramikroelementer (mindre enn 0,001%).

Makronæringsstoffer inkluderer oksygen, karbon, hydrogen, fosfor, kalium, svovel, klor, kalsium, magnesium, natrium og jern.
Sporelementer inkluderer mangan, kobber, sink, jod, fluor.
Ultramikroelementer inkluderer sølv, gull, brom, selen.

ØKOLOGISKE CELLEKOMPONENTER

Enzymer.

Den viktigste funksjonen til proteiner er katalytisk. Proteinmolekyler som øker hastigheten på kjemiske reaksjoner i en celle med flere størrelsesordener kalles enzymer... Ikke en eneste biokjemisk prosess i kroppen skjer uten deltagelse av enzymer.

Mer enn 2000 enzymer har blitt oppdaget så langt. Deres effektivitet er mange ganger høyere enn effektiviteten til uorganiske katalysatorer som brukes i produksjonen. Så 1 mg jern i katalaseenzymet erstatter 10 tonn uorganisk jern. Katalase øker nedbrytningshastigheten av hydrogenperoksid (H 2 O 2) 10 11 ganger. Et enzym som katalyserer dannelsen av karbonsyre (CO 2 + H 2 O \u003d H2 CO 3) akselererer reaksjonen 10 7 ganger.

En viktig egenskap ved enzymer er spesifisiteten til deres virkning; hvert enzym katalyserer bare en eller en liten gruppe av lignende reaksjoner.

Stoffet som er påvirket av enzymet kalles underlag... Strukturene til enzymmolekylet og substratet må samsvare nøyaktig. Dette forklarer spesifisiteten til enzymvirkningen. Når substratet kombineres med enzymet, endres den romlige strukturen til enzymet.

Sekvensen av interaksjon mellom enzymet og substratet kan vises skjematisk:

Substrate + Enzyme - Enzyme-Substrate Complex - Enzym + Produkt.

Diagrammet viser at substratet kombineres med enzymet for å danne enzym-substratkomplekset. I dette tilfellet blir substratet til et nytt stoff - et produkt. På den siste fasen frigjøres enzymet fra produktet og går inn i interaksjon med neste substratmolekyl.

Enzymer fungerer bare ved en viss temperatur, stoffkonsentrasjon, miljøets surhet. Endring av forhold fører til en endring i tertiær og kvaternær struktur av proteinmolekylet, og følgelig til undertrykkelse av enzymaktiviteten. Hvordan skjer dette? Bare en viss del av enzymmolekylet, kalt aktivt senter... Det aktive stedet inneholder fra 3 til 12 aminosyrerester og dannes som et resultat av bøyningen av polypeptidkjeden.

Under påvirkning av forskjellige faktorer endres strukturen til enzymmolekylet. I dette tilfellet forstyrres den romlige konfigurasjonen av det aktive senteret, og enzymet mister aktiviteten.

Enzymer er proteiner som fungerer som biologiske katalysatorer. Takket være enzymer øker frekvensen av kjemiske reaksjoner i celler med flere størrelsesordener. En viktig egenskap ved enzymer er spesifisiteten til handlingen under visse forhold.

Nukleinsyrer.

Nukleinsyrer ble oppdaget i andre halvdel av 1800-tallet. Sveitsisk biokjemiker F. Mischer, som isolerte et stoff med høyt innhold av nitrogen og fosfor fra cellens kjerner og kalte det "nuclein" (fra lat. cellekjernen - cellekjernen).

Nukleinsyrer lagrer arvelig informasjon om strukturen og funksjonen til hver celle og alle levende ting på jorden. Det er to typer nukleinsyrer - DNA (deoksyribonukleinsyre) og RNA (ribonukleinsyre). Nukleinsyrer, som proteiner, er artsspesifikke, det vil si at hver art har sin egen type DNA. For å finne ut årsakene til artsspesifisitet, bør du vurdere strukturen til nukleinsyrer.

Nukleinsyremolekyler er veldig lange kjeder med mange hundre eller til og med millioner av nukleotider. Enhver nukleinsyre inneholder bare fire typer nukleotider. Funksjonene til nukleinsyremolekyler avhenger av deres struktur, deres bestandige nukleotider, deres antall i kjeden og sekvensen av forbindelsen i molekylet.

Hvert nukleotid består av tre komponenter: en nitrogenholdig base, et karbohydrat og fosforsyre. Hvert DNA-nukleotid inneholder en av fire typer nitrogenholdige baser (adenin - A, tymin - T, guanin - G eller cytosin - C), samt deoksyribose vannkarbon og en fosforsyrerest.

Dermed skiller DNA-nukleotider seg bare i typen nitrogenholdig base.

Et DNA-molekyl består av et stort sett med nukleotider koblet i en kjede i en bestemt sekvens. Hver type DNA-molekyl har sitt eget antall og sekvensen av nukleotider.

DNA-molekyler er veldig lange. For eksempel ville det være nødvendig med en bok på rundt 820 000 sider for å skrive ned sekvensen av nukleotider i DNA-molekyler fra en menneskelig celle (46 kromosomer). Vekslingen mellom fire typer nukleotider kan danne et uendelig utvalg av DNA-molekyler. Disse strukturelle egenskapene til DNA-molekyler lar dem lagre en enorm mengde informasjon om alle egenskapene til organismer.

I 1953 opprettet den amerikanske biologen J. Watson og den engelske fysikeren F. Crick en modell for strukturen til DNA-molekylet. Forskere har funnet ut at hvert DNA-molekyl består av to kjeder, koblet sammen og spiralt vridd. Det ser ut som en dobbel helix. I hver streng alternerer de fire typene nukleotider i rekkefølge.

Nukleotidsammensetningen av DNA er forskjellig i forskjellige typer bakterier, sopp, planter, dyr. Men det endres ikke med alderen, avhenger lite av endringer i miljøet. Nukleotidene er paret, det vil si at antallet adeninnukleotider i ethvert DNA-molekyl er lik antall tymidinnukleotider (AT), og antall cytosinnukleotider er lik antall guaninnukleotider (C-G). Dette skyldes det faktum at forbindelsen mellom to kjeder til hverandre i et DNA-molekyl overholder en viss regel, nemlig: adenin i en kjede er alltid koblet av to hydrogenbindinger bare med tymin i den andre kjeden, og guanin - av tre hydrogenbindinger med cytosin, det vil si nukleotidkjedene til det ene molekylet DNA er komplementært, komplementært til hverandre.

Nukleinsyremolekyler - DNA og RNA består av nukleotider. Sammensetningen av DNA-nukleotider inkluderer en nitrogenholdig base (A, T, G, C), et deoksyribosekarbohydrat, og resten av et fosforsyremolekyl. DNA-molekylet er en dobbel helix som består av to tråder forbundet med hydrogenbindinger i henhold til komplementaritetsprinsippet. Funksjonen til DNA er å lagre arvelig informasjon.

I cellene til alle organismer er det molekyler av ATP - adenosintrifosforsyre. ATP er et universelt cellestoff, hvis molekyl har energirike bindinger. ATP-molekyl er et særegent nukleotid, som i likhet med andre nukleotider består av tre komponenter: en nitrogenholdig base - adenin, et karbohydrat - ribose, men i stedet for en inneholder den tre rester av fosforsyremolekyler (fig. 12). Forbindelsene som er angitt i figuren med ikonet, er rike på energi og kalles makroergisk... Hvert ATP-molekyl inneholder to høyenergibindinger.

Når høyenergibindingen brytes og ett molekyl fosforsyre spaltes ved hjelp av enzymer, frigjøres 40 kJ / mol energi, mens ATP omdannes til ADP - adenosindifosforsyre. Når et fosforsyremolekyl til spaltes, frigjøres ytterligere 40 kJ / mol; AMP dannes - adenosin monofosforsyre. Disse reaksjonene er reversible, det vil si at AMP kan konverteres til ADP, ADP - til ATP.

ATP-molekyler blir ikke bare spaltet, men også syntetisert, derfor er innholdet i cellen relativt konstant. Verdien av ATP i livet til en celle er enorm. Disse molekylene spiller en ledende rolle i energimetabolismen som er nødvendig for å sikre den vitale aktiviteten til cellen og kroppen som helhet.

Et RNA-molekyl er som regel en enkelt streng, bestående av fire typer nukleotider - A, Y, G, C. Det er tre hovedtyper av RNA: mRNA, rRNA, tRNA. Innholdet av RNA-molekyler i en celle er ikke konstant; de er involvert i proteinbiosyntese. ATP er det universelle energiske stoffet i cellen, som inneholder energirike forbindelser. ATP spiller en sentral rolle i energimetabolismen i cellen. RNA og ATP finnes både i kjernen og i cellens cytoplasma.

Oppgaver og tester om emnet "Emne 4." Cellens kjemiske sammensetning. "

• polymer, monomer;
• karbohydrat, monosakkarid, disakkarid, polysakkarid;
• lipid, fettsyre, glyserin;
• aminosyre, peptidbinding, protein;
• katalysator, enzym, aktivt senter;
• nukleinsyre, nukleotid.

Algoritme for å løse problemer.

Type 1. Selvkopiering av DNA.

En av DNA-strengene har følgende nukleotidsekvens:
AGTACTSGATACTSGATTTATSG ...
Hva er nukleotidsekvensen til den andre strengen i det samme molekylet?

For å skrive nukleotidsekvensen til den andre strengen i DNA-molekylet, når sekvensen til den første strengen er kjent, er det tilstrekkelig å erstatte tymin med adenin, adenin med tymin, guanin med cytosin og cytosin med guanin. Ved å gjøre en slik endring får vi sekvensen:
TACTGGZTATGAGZTAAATG ...

Type 2. Proteinkoding.

Aminosyrekjeden til ribonukleaseproteinet har følgende begynnelse: lysin-glutamin-treonin-alanin-alanin-alanin-lysin ...
Hvilken nukleotidsekvens starter genet som tilsvarer dette proteinet med?

For å gjøre dette, bruk den genetiske kodetabellen. For hver aminosyre finner vi kodebetegnelsen i form av den tilsvarende tripletten av nukleotider og skriver den ut. Ved å ordne disse triplettene etter hverandre i samme rekkefølge som de tilsvarende aminosyrene går i, får vi formelen for strukturen til messenger-RNA-stedet. Som regel er det flere slike trillinger, valget er gjort i henhold til din beslutning (men bare en av trillingene er tatt). Følgelig kan det være flere løsninger.
AAACAAATSUGZGGTSUGZGAAG

Hvilken aminosyresekvens begynner et protein med hvis det er kodet av en slik sekvens av nukleotider:
АЦГЦЦЦТГГЦЦГГТ ...

I henhold til prinsippet om komplementaritet finner vi strukturen til informasjons-RNA-stedet dannet på et gitt segment av DNA-molekylet:
UGTsGGGUATSGGZTSA ...

Så vender vi oss til tabellen over den genetiske koden, og for hver triplett av nukleotider, og begynner med den første, finner vi og skriver ned den tilsvarende aminosyren:
Cystein-glycin-tyrosin-arginin-prolin -...

Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. "Generell biologi". Moskva, "Utdanning", 2000

• Tema 4. "Cellens kjemiske sammensetning." §2-§7 s. 7-21
• Tema 5. "Fotosyntese." §16-17 s. 44-48
• Emne 6. "Cellular respiration." §12-13 s. 34-38
• Emne 7. "Genetisk informasjon." §14-15 s. 39-44

Alle levende organismer, med unntak av virus, består av celler. La oss finne ut hva det er og hva strukturen er.

Hva er et bur?

Det er den grunnleggende strukturelle enheten av levende ting. Hun har sitt eget stoffskifte. En celle kan også eksistere som en uavhengig organisme: et eksempel på dette er ciliates, amoeba, chlamydomonas, etc. Denne strukturen består av en rekke stoffer, både organiske og uorganiske. Alle kjemiske stoffer i cellen spiller en bestemt funksjon i dens struktur og metabolisme.

Kjemiske elementer

Cellen inneholder omtrent 70 forskjellige kjemiske elementer, men de viktigste er oksygen, karbon, hydrogen, kalium, fosfor, nitrogen, svovel, klor, natrium, magnesium, kalsium, jern, sink, kobber. De tre første representerer grunnlaget for alle organiske forbindelser. Alle kjemiske elementer i cellen spiller en bestemt rolle.

Oksygen

Mengden av dette elementet er 65-75 prosent av massen til hele cellen. Det er en del av nesten alle organiske forbindelser, så vel som vann, og dette er årsaken til et så høyt innhold. Dette elementet utfører en veldig viktig funksjon i cellene til organismer: oksygen tjener som en oksidant i prosessen med cellulær respirasjon, som et resultat av hvilken energi syntetiseres.

Karbon

Dette elementet, som hydrogen, finnes i alle organiske stoffer. Den kjemiske sammensetningen av cellen inkluderer omtrent 15-18 prosent. Karbon i form av CO er involvert i reguleringen av mobilfunksjoner; det deltar også i fotosyntese i form av CO 2.

Hydrogen

Dette elementet i cellen inneholder omtrent 8-10 prosent. Den største mengden finnes i vannmolekyler. Cellene til noen bakterier oksyderer molekylært hydrogen for energisyntese.

Kalium

Den kjemiske sammensetningen av cellen inkluderer ca. 0,15-0,4% av dette kjemiske elementet. Det spiller en veldig viktig rolle ved å delta i genereringen av nerveimpulser. Derfor anbefales det å bruke preparater som inneholder kalium for å styrke nervesystemet. Dessuten hjelper dette elementet med å opprettholde cellens membranpotensial.

Fosfor

Mengden av dette elementet i cellen er 0,2-1% av totalvekten. Det er en del av ATP-molekylene, så vel som noen lipider. Fosfor er tilstede i det intercellulære stoffet og i cytoplasmaet i form av ioner. Den høye konsentrasjonen blir observert i cellene i muskel- og beinvev. I tillegg brukes uorganiske forbindelser som inneholder dette elementet av cellen for syntese av organiske stoffer.

Nitrogen

Dette elementet er inkludert i den kjemiske sammensetningen av cellen i mengden 2-3%. Den finnes i proteiner, nukleinsyrer, aminosyrer og nukleotider.

Svovel

Det er en del av mange proteiner, da det er inneholdt i svovelholdige aminosyrer. Den er tilstede i lav konsentrasjon i cytoplasma og intercellulær substans i form av ioner.

Klor

Inneholder i mengden 0,05-0,1%. Opprettholder celleelektroneutralitet.

Natrium

Dette elementet er tilstede i sammensetningen av cellen i en mengde på 0,02-0,03%. Den utfører de samme funksjonene som kalium, og tar også del i prosessene med osmoregulering.

Kalsium

Mengden av dette kjemiske elementet er 0,04-2%. Kalsium deltar i prosessen med å opprettholde cellens membranpotensial og eksocytose, det vil si frigjøring av visse stoffer fra den (hormoner, proteiner, etc.)

Magnesium

Den kjemiske sammensetningen av cellen inkluderer 0,02-0,03% av dette elementet. Den deltar i energimetabolisme og DNA-syntese, er en komponent av enzymer, klorofyll, og finnes i ribosomer og mitokondrier.

Jern

Mengden av dette elementet er 0,01-0,015%. Imidlertid er det mye mer i erytrocytter, siden det er grunnlaget for hemoglobin.

Sink

Det finnes i insulin og også i mange enzymer.

Kobber

Dette elementet er en av bestanddelene av oksidative enzymer som er involvert i syntesen av cytokromer.

Protein

Dette er de mest komplekse forbindelsene i cellen, de viktigste stoffene den består av. De består av aminosyrer, koblet i en bestemt rekkefølge i en kjede, og deretter vridd til en ball, hvis form er spesifikk for hver type protein. Disse stoffene utfører mange viktige funksjoner i cellenes liv. En av de viktigste er den enzymatiske funksjonen. Proteiner fungerer som naturlige katalysatorer, og akselererer prosessen med en kjemisk reaksjon hundretusener av ganger - splitting og syntese av noen stoffer er umulig uten dem. Hver type enzym er involvert i bare en spesifikk reaksjon og kan ikke inngå en annen. Proteiner har også en beskyttende funksjon. Stoffer i denne gruppen, som beskytter cellen mot inntrenging av fremmede proteiner i den, kalles antistoffer. Disse stoffene beskytter også hele kroppen mot sykdomsfremkallende virus og bakterier. I tillegg utfører disse forbindelsene en transportfunksjon. Det ligger i det faktum at det er transportørproteiner i membranene som fører visse stoffer utenfor eller inne i cellen. Plastfunksjonen til disse stoffene er også veldig viktig. De er de viktigste byggesteinene i cellen, dens membraner og organeller. Noen ganger utfører proteiner også en energifunksjon - med mangel på fett og karbohydrater, bryter cellen disse stoffene.

Lipider

Denne gruppen av stoffer inkluderer fett og fosfolipider. Den første er den viktigste energikilden. De kan også akkumuleres som reserve stoffer i tilfelle sult. Sistnevnte fungerer som hovedkomponent i cellemembraner.

Karbohydrater

Det vanligste stoffet i denne gruppen er glukose. Hun og lignende enkle karbohydrater utfører en energifunksjon. Også karbohydrater inkluderer polysakkarider, hvis molekyler består av tusenvis av kombinerte molekyler - monosakkarider. De spiller hovedsakelig en strukturell rolle som en del av membraner. De viktigste polysakkaridene i planteceller er stivelse og cellulose, dyr - glykogen.

Nukleinsyrer

Denne gruppen av kjemiske forbindelser inkluderer DNA, RNA og ATP.

DNA

Dette stoffet utfører en viktig funksjon - det er ansvarlig for lagring og arvelig overføring av genetisk informasjon. DNA finnes i kromosomene i kjernen. Makromolekyler av dette stoffet er dannet av nukleotider, som igjen består av en nitrogenholdig base, representert av puriner og pyrimidiner, hydrokarbon og fosforsyrerester. De er av fire typer: adenyl, guanyl, tymidyl og cytidyl. Navnet på nukleotidet avhenger av hvilke puriner som er inkludert i sammensetningen, det kan være adenin, guanin, tymin og cytosin. DNA-molekylet har form av to tråder vridd til en spiral.

RNA

Denne forbindelsen utfører funksjonen til å realisere informasjonen som er i DNA gjennom syntesen av proteiner, hvis sammensetning er kryptert. Dette stoffet er veldig likt nukleinsyren beskrevet ovenfor. Hovedforskjellen deres er at RNA består av en streng, ikke to. Sammensetningen av RNA-nukleotider inkluderer også den nitrogenholdige basen av uracil i stedet for tymin og ribose. Derfor er dette stoffet dannet av nukleotider som adenyl, guanyl, uridyl og cytidyl.

ATF

Enhver energi mottatt av planteceller i prosessen med fotosyntese eller av dyr på grunn av oksidasjon av fett og karbohydrater lagres til slutt i ATP, hvorfra cellen mottar den når det er nødvendig.

Den biologiske rollen til kjemiske elementer i menneskekroppen er ekstremt mangfoldig.

Hovedfunksjonen til makronæringsstoffer er å bygge vev, opprettholde et konstant osmotisk trykk, ionisk og syre-basesammensetning.

Mikroelementer, som er en del av enzymer, hormoner, vitaminer, biologisk aktive stoffer som kompleksdannere eller aktivatorer, er involvert i metabolisme, reproduksjonsprosesser, respirasjon av vev og nøytralisering av giftige stoffer. Mikroelementer påvirker aktivt prosessene med hematopoiesis, oksidasjon - reduksjon, vaskulær og vevs permeabilitet. Makro- og mikroelementer - kalsium, fosfor, fluor, jod, aluminium, silisium - bestemmer dannelsen av bein og tannvev.

Det er bevis for at innholdet i noen elementer i menneskekroppen endrer seg med alderen. Dermed øker innholdet av kadmium i nyrene og molybden i leveren med alderdom. Maksimalt sinkinnhold observeres i puberteten, deretter synker det og når et minimum i alderdommen. Innholdet av andre sporstoffer, som vanadium og krom, avtar også med alderen.

Mange sykdommer assosiert med mangel eller overdreven opphopning av forskjellige sporstoffer er identifisert. Fluormangel forårsaker tannkaries, jodmangel - endemisk struma, overflødig molybden - endemisk gikt. Regelmessigheter av denne typen er forbundet med det faktum at menneskekroppen opprettholder en balanse mellom optimale konsentrasjoner av biogene elementer - kjemisk homeostase. Brudd på denne balansen pga

mangel eller overskudd av et element kan føre til forskjellige sykdommer

I tillegg til de seks viktigste makronæringsstoffene - organogener - karbon, hydrogen, nitrogen, oksygen, svovel og fosfor, hvorav karbohydrater, fett, proteiner og nukleinsyrer er sammensatt, trengs det "uorganiske" makronæringsstoffer for normal ernæring av mennesker og dyr - kalsium, klor, magnesium, kalium natrium - og sporstoffer - kobber, fluor, jod, jern, molybden, sink, og også, muligens (bevist for dyr), selen, arsen, krom, nikkel, silisium, tinn, vanadium.

Mangel på kosthold av elementer som jern, kobber, fluor, sink, jod, kalsium, fosfor, magnesium og noen andre fører til alvorlige konsekvenser for menneskers helse.

Det må imidlertid huskes at ikke bare en mangel, men også et overskudd av biogene elementer er skadelig for kroppen, siden dette forstyrrer kjemisk homeostase. For eksempel når et overskudd av mangan tilføres mat, øker nivået av kobber i plasma (synergisme av Mn og Cu), mens det i nyrene synker (antagonisme). En økning i molybden i mat fører til en økning i mengden kobber i leveren. Et overskudd av sink i mat forårsaker inhibering av aktiviteten til jernholdige enzymer (antagonisme av Zn og Fe).

Mineralkomponenter, som er viktige i spormengder, blir giftige ved høyere konsentrasjoner.

Den vitale nødvendigheten, mangelen, toksisiteten til et kjemisk element presenteres i form av en avhengighetskurve "Konsentrasjonen av et element i mat - kroppens reaksjon" (fig. 5.5). Den omtrent horisontale delen av kurven (platået) beskriver konsentrasjonsområdet som tilsvarer optimal vekst, helse, reproduksjon. Den store lengden på platået indikerer ikke bare elementets lave toksisitet, men også organismenes store evne til å tilpasse seg betydelige endringer i innholdet av dette elementet. Tvert imot, et smalt platå indikerer en betydelig toksisitet av elementet og en skarp overgang fra mengdene som er nødvendige for kroppen til de som er livstruende. Når platået overskrides (en økning i konsentrasjonen av et sporstoff), blir alle elementene giftige. Til slutt kan en betydelig økning i konsentrasjonen av sporstoffer være dødelig.

En rekke grunnstoffer (sølv, kvikksølv, bly, kadmium osv.) Blir vurdert

de er giftige, siden deres inntrenging i kroppen allerede i spormengder fører til alvorlige patologiske fenomener. Den kjemiske mekanismen for de toksiske effektene av noen sporstoffer vil bli diskutert nedenfor.

Biogene elementer er mye brukt i landbruket. Tilsetningen av små mengder sporstoffer til jorden - bor, kobber, mangan, sink, kobolt, molybden - øker utbyttet av mange avlinger dramatisk. Det viser seg at sporstoffer, ved å øke aktiviteten til enzymer i planter, bidrar til syntesen av proteiner, vitaminer, nukleinsyrer, sukker og stivelse. Noen av de kjemiske elementene har en positiv effekt på fotosyntese, akselererer vekst og utvikling av planter og modning av frø. Sporelementer tilsettes dyrefôr for å øke produktiviteten.

Ulike elementer og deres forbindelser er mye brukt som medisiner.

Dermed bidrar studien av den biologiske rollen til kjemiske elementer, avklaring av forholdet mellom utveksling av disse elementene og andre biologisk aktive stoffer - enzymer, hormoner, vitaminer - til dannelsen av nye medikamenter og utviklingen av optimale doseringsregimer for både terapeutiske og profylaktiske formål.