3. Хімічні особливості живого Елементний склад

В живому організмі містяться практично всі відомі хімічні елементи. За масовим вмістом вони поділяються на макроелементи (на них припадає більше 0,001% маси тіла), мікроелементи (0,001 – 0,000001%), ультрамікроелементи (менше 0,000001%). Макроелементи O, C, H, N. P, Cl, S, Ca, K, Na, Mg, складають 99,9% маси тіла людини. До макроелементів належать також Fe, Zn, Rb, вміст яких в організмі людини масою 70 кг становить відповідно 3 г, 2,3 г, 1,2 г. Мікроелементи: Cu (100 мг), Mn (20 мг), Со (5 мг), Сг (6 мг), J, Br, Mo, V, Si, Se. Ультрамікроелементи: Pb, Ag, Ni, Hg, Au, Cs. За кількісним вмістом в організмі елементи утворюють ті самі групи, але співвідношення їх відрізняються від масових (табл. 1.1.). Для аналізу біологічної функції елементів більш корисним є характеристика їх кількісного вмісту. Наприклад, вона показує, що для атомів організму найбільш характерне сполучення з гідрогеном, ніж з оксигеном, тобто відносно відновлений стан.

Таблиця 1.1. Відносний вміст хімічних елементів у організмі людини

Елемент	Вміст
	% за масою	% атомів
Гідроген	10	60,3
Оксиген	65	25,5
Карбон	18	10,5
Нітроген	1,5	2,42
Натрій	0,15	0,73
Кальцій	1	0,23
Фосфор	1	0,13
Сульфур	0,35	0,13
Калій	0,35	0,04
Хлор	0,15	0,03

Хімічні елементи виконують в організмі певні функції у відповідності до особливостей будови їх атомів та йонів. Атоми карбону утворюють “кістяк” біомолекул (ланцюги і цикли) з певною просторовою конфігурацією. Атоми оксигену і нітрогену, внаслідок високої хімічної активності, зумовлюють високу реакційну здатність молекул, зокрема оксиген – в окисно-відновних реакціях, утворюють полярні групи, які забезпечують гідрофільні властивості біомолекул. Йони Na⁺, K⁺, Cl^- містяться у вільному стані і є головними неорганічними йонами організму, причому К⁺ - в клітинах, а Nа⁺ - в рідинах тіла. Вони забезпечують передачу нервового імпульсу, урівноважують заряд органічних йонів, безпосередньо використовуються у каталітичних процесах.

Двовалентні метали та метали перемінної валентності містяться в організмі у вигляді йонів і знаходяться переважно у зв’язаному стані. Вони впливають на взаємну орієнтацію різних ділянок макромолекул, утворюючи координаційні зв’язки з їх функціональними групами. Йони металів перемінної валентності служать переносниками електронів в процесах біологічного окиснення.

Значення для організму того чи іншого елементу зовсім не визначається його концентрацією в організмі. Так мікроелемент кобальт в складі вітаміну В₁₂ необхідний для процесу кровотворення і при його нестачі розвивається злоякісна анемія. Поряд з цим, функція в організмі макроелементу рубідію нез’ясована. Необхідність певного елементу для організму в мікрокількостях указує на те, що він виконує каталітичну функцію, тобто входить до складу ферменту.

Функція кожного елементу специфічна. Так для зв’язування молекули кисню в дихальних білках гемоглобіні і міоглобін використовується залізо (П). Лише у деяких членистоногих аналогічну функцію виконує мідь. Йони кальцію забезпечують “скріплення” компонентів у кістковій тканині. В умовах отруєння радіоактивним стронцієм (⁹⁰Sr) відбувається часткова заміна ним кальцію, що веде до накопичення радіоактивності в кістках.

Обчислення кількості атомів певного елементу в клітині показує, що навіть для ультрамікроелементів, таких як миш’як, свинець, срібло, біологічна функція яких не з’ясована, вона досить значна. Так в одному еритроциті на 3·10⁸ молекул білка припадає 7·10⁵ атомів міді, 10⁵ атомів олова, які є життєвонеобхідними, і 2·10⁴ атомів срібла, 7·10⁵ атомів миш’яку, 7·10⁴ атомів свинцю, які мають токсичну дію. Лише чотири елементи (Ас, Ро, Ра і Rа) присутні в кількості менше 1 атома на клітину.

Живі організми здатні накопичувати хімічні елементи із середовища в 10⁴ і більше разів (явище біоакумуляції). Багато важких металів акумулюється в печінці, кадмій, ртуть і марганець – в нирках, миш’як і йод – у волоссі, зв’язуючись з певними функціональними групами, наприклад сульфгідрильними.