Биогенные элементы. Биогенная классификация химических элементов

Организм живых существ состоит не просто из молекул и атомов, а из совокупности таких элементов, которые позволяют ему осуществлять гармонично и слаженно все процессы жизнедеятельности. Именно благодаря таким структурам, как биогенные элементы, человек, растения, животные, грибы и бактерии могут двигаться, дышать, питаться, размножаться и вообще жить. Все они имеют свои ячейки в общей химической системе Менделеева.

Биогенные элементы - это какие?

В целом следует заметить, что из известных 118 элементов на сегодняшний день точная роль и значение в организме живых существ определены у сравнительно немногих. Хотя экспериментальные данные позволили установить, что каждая клетка человека содержит примерно 50 химических элементов. Именно они и получили название биогенных, или биофильных.

Конечно, большинство из них тщательно изучены, рассмотрены все варианты их влияния на здоровье и состояние человека (как при избытке, так и при недостатке). Однако сохраняется некоторая доля веществ, роль которых до конца не понятна. Это предстоит еще установить.

Классификация биофильных элементов

Биогенные элементы можно разделить на три группы по количественному содержанию и значению для живых систем.

1. Макробиогенные - те, из которых построены все жизненно важные соединения: белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды и прочие. Это основные биогенные элементы, к ним относятся углерод, водород, кислород, сера, натрий, хлор, магний, кальций, фосфор, азот, калий. Их содержание в организме максимально по отношению к другим.
2. Микробиогенные - содержащиеся в меньшем количестве, но играющие очень большую роль в поддержании нормального уровня жизнедеятельности, осуществлении множества процессов и сохранении здоровья. В эту группу входят марганец, селен, фтор, ванадий, железо, цинк, йод, рутений, никель, хром, медь, германий.
3. Ультрамикробиогенные. Какова роль, которую играют в организме эти биогенные химические элементы, пока не выяснено. Однако считается, что они также важны и должны поддерживаться в постоянном балансе.

Данная классификация биогенных элементов отражает значимость того или иного вещества. Однако существует и другая, которая разделяет все имеющиеся в организме соединения на металлы и неметаллы. Таблица химических элементов находит отражение в живых системах, что еще раз подчеркивает, насколько все взаимосвязано.

Характеристика и значение макроэлементов

Если разобраться в строении белковых молекул, то несложно понять, насколько важны биогенные элементы группы макроэлементов. Ведь в состав их входят:

• углерод;
• кислород;
• водород;
• азот;
• иногда сера.

То есть все перечисленные вещества, которые мы назвали, являются жизненно необходимыми. Это вполне оправданно, ведь не зря же белки называют основой жизни.

Химия биогенных элементов играет в этом не последнюю роль. Ведь, например, именно благодаря химическим особенностям углерода он способен соединяться с одноименными атомами, формируя громадные макроцепи - основу всех органических соединений, а значит, жизни. Если бы не способность водорода формировать водородные связи между молекулами, то вряд ли смогли бы существовать белки и нуклеиновые кислоты. Без них не было бы и живых существ.

Кислород как один из главнейших элементов не только входит в состав самого главного вещества на планете - воды, но и обладает сильной электроотрицательностью. Это позволяет ему принимать участие во многих взаимодействиях, в том числе образовывать водородные связи.

О значении воды говорить, наверное, нет необходимости. Каждый ребенок знает о ее важности. Она - растворитель, среда для протекания биохимических реакций, основной компонент цитоплазмы клеток и так далее. Ее биогенными элементами являются все те же водород и кислород, о которых уже упоминалось раньше.

Элемент № 20 в таблице

Кальций входит в состав костей человека и животных, является важной составной частью зубной эмали. Он же принимает участие во многих биологических процессах внутри организма:

• экзоцитоз;
• сворачивание крови;
• сокращение мышечных волокон;
• выработка гормонов.

Кроме того, образует наружный скелет многих беспозвоночных и морских обитателей. Потребность в этом элементе увеличивается с возрастом, а после достижения 20 лет снижается.

Значение натрия и калия

Эти два элемента очень важны для правильной и слаженной работы мембран клеток, а также натрий-калиевого насоса сердца. Многие препараты от болезней сердечно-сосудистой системы содержат именно эти вещества. Кроме того, эти же элементы:

• поддерживают осмотическое давление в клетке;
• регулируют рН среды;
• входят в состав плазмы крови, лимфатических жидкостей;
• удерживают воду в тканях;
• способствуют передаче нервных импульсов и так далее.

Процессы жизненно важные, поэтому переоценить значение этих макроэлементов сложно.

Магний и фосфор

Таблица химических элементов разместила эти два вещества довольно далеко друг от друга из-за разницы в свойствах, как физических, так и химических. Биологическая роль также разнится, однако есть у них и нечто общее - важное значение в жизни живых существ.

Магний выполняет следующие функции:

• принимает участие в расщеплении макромолекул, которое сопровождается выделением энергии;
• участвует в передаче нервных импульсов и в регуляции сердечной деятельности;
• является активным компонентом для нормальной работы кишечника;
• входит в состав веществ, управляющих деятельностью гладкой мускулатуры, и так далее.

Это не все функции, но основные.

Фосфор же, в свою очередь, играет следующую роль:

• входит в состав большого числа макромолекул (фосфолипиды, ферменты и прочие);
• является компонентом важнейших энергетических запасов организма - молекул АТФ и АДФ;
• управляет рН растворов, является буфером в организме;
• входит в состав костей и зубов как один из основных строительных элементов.

Таким образом, макроэлементы - важная часть здоровья человека и других существ, их основа, начало всего живого на планете.

Основные особенности микроэлементов

Биогенные элементы, которые относятся к этой группе, отличаются тем, что потребность организма в них меньше, чем в представителях предыдущей группы. Примерно 100 мг в день, но не более 150 мг. Всего их насчитывается около 30 разновидностей. При этом все они находятся в разной концентрации в клетке.

Роль не всех из них установлена, однако последствия недостаточного употребления того или иного элемента явно проявляются, выражаясь в различных заболеваниях. Самыми изученными по биологическому воздействию на организм являются медь, селен и цинк, а также железо. Все они принимают участие в механизмах гуморальной регуляции, входят в состав ферментов, являясь катализаторами процессов.

Круговорот биофильных частиц: углерод

Каждый атом способен совершать переход из организма в окружающую среду и обратно. При этом происходит процесс, получивший название "круговорот биогенных элементов". Рассмотрим его сущность на примере атома углерода.

Атомы проходят несколько этапов в своем круговороте.

1. Основная масса находится в недрах земли в виде каменного угля, а также в воздухе, формируя слой углекислого газа.
2. Из воздуха углерод переходит в растения, так как поглощается ими для фотосинтеза.
3. Затем либо остается в растениях до их отмирания и переходит в залежи каменного угля, либо переходит в животные организмы, которые питаются растениями. Из них углерод возвращается в атмосферу в виде углекислого газа.
4. Если же говорить о том углекислом газе, что растворен в Мировом океане, то из воды он попадает в ткани растений, со временем формируя известняковые залежи, либо испаряется в атмосферу и снова начинается прежний круговорот.

Таким образом происходит биогенная миграция химических элементов, как макро-, так и микробиогенных.