Կենսաբանական դեր քիմիական տարրերկենդանի օրգանիզմներում

1. Մակրո և միկրոտարրեր շրջակա միջավայրում և մարդու մարմնում

Մարդու օրգանիզմում քիմիական տարրերի կենսաբանական դերը չափազանց բազմազան է։

Macronutrients- ի հիմնական գործառույթը հյուսվածքների կառուցումն է, մշտական ​​օսմոտիկ ճնշումը, իոնային և թթու-բազային կազմը:

Հետքի տարրերը, լինելով ֆերմենտների, հորմոնների, վիտամինների, կենսաբանորեն ակտիվ նյութերի մաս՝ որպես բարդացնող կամ ակտիվացնող նյութեր, մասնակցում են նյութափոխանակությանը, վերարտադրության գործընթացներին, հյուսվածքների շնչառությանը և թունավոր նյութերի չեզոքացմանը: Հետքի տարրերը ակտիվորեն ազդում են արյունաստեղծման, օքսիդացման - վերականգնման, արյան անոթների և հյուսվածքների թափանցելիության գործընթացների վրա: Մակրո և միկրոտարրերը՝ կալցիումը, ֆոսֆորը, ֆտորը, յոդը, ալյումինը, սիլիցիումը որոշում են ոսկրային և ատամնաբուժական հյուսվածքների ձևավորումը:

Կան ապացույցներ, որ տարիքի հետ փոխվում է որոշ տարրերի պարունակությունը մարդու օրգանիզմում։ Այսպիսով, երիկամներում կադմիումի, իսկ լյարդում՝ մոլիբդենի պարունակությունը մեծանում է ծերության հետ։ Ցինկի առավելագույն պարունակությունը նկատվում է սեռական հասունացման շրջանում, այնուհետ այն նվազում է և ծերության ժամանակ հասնում է նվազագույնի։ Տարիքի հետ նվազում է նաև այլ միկրոէլեմենտների՝ վանադիումի և քրոմի պարունակությունը։

Բացահայտվել են բազմաթիվ հիվանդություններ, որոնք կապված են տարբեր հետքի տարրերի անբավարարության կամ ավելորդ կուտակման հետ: Ֆտորի պակասից առաջանում է ատամի կարիես, յոդի անբավարարությունը՝ էնդեմիկ խոփ, մոլիբդենի ավելցուկը՝ էնդեմիկ հոդատապ։ Նման օրինաչափությունները կապված են այն բանի հետ, որ մարդու օրգանիզմում պահպանվում է կենսագեն տարրերի օպտիմալ կոնցենտրացիաների հավասարակշռությունը՝ քիմիական հոմեոստազը։ Տարրի պակասի կամ ավելցուկի պատճառով այս հավասարակշռության խախտումը կարող է հանգեցնել տարբեր հիվանդությունների։

Բացի վեց հիմնական մակրոտարրերից՝ օրգանոգեններից՝ ածխածինը, ջրածինը, ազոտը, թթվածինը, ծծումբը և ֆոսֆորը, որոնք կազմում են ածխաջրեր, ճարպեր, սպիտակուցներ և նուկլեինաթթուներ, մարդու և կենդանիների նորմալ սնվելու համար անհրաժեշտ են «անօրգանական» մակրոտարրեր՝ կալցիում, քլոր։ , մագնեզիում, կալիում, նատրիում և հետքի տարրեր՝ պղինձ, ֆտոր, յոդ, երկաթ, մոլիբդեն, ցինկ, ինչպես նաև, հնարավոր է (ապացուցված կենդանիների համար), սելեն, մկնդեղ, քրոմ, նիկել, սիլիցիում, անագ, վանադիում։

Դիետայում այնպիսի տարրերի պակասը, ինչպիսիք են երկաթը, պղինձը, ֆտորը, ցինկը, յոդը, կալցիումը, ֆոսֆորը, մագնեզիումը և մի շարք այլ տարրեր, հանգեցնում են. լուրջ հետևանքներմարդու առողջության համար։

Այնուամենայնիվ, պետք է հիշել, որ ոչ միայն անբավարարությունը, այլև կենսագեն տարրերի ավելցուկը վնասակար է մարմնի համար, քանի որ դա խաթարում է քիմիական հոմեոստազը: Օրինակ, սննդի հետ ավելցուկային մանգան ընդունելու դեպքում պլազմայում բարձրանում է պղնձի մակարդակը (Mn-ի և Cu-ի սիներգիզմ), իսկ երիկամներում այն ​​նվազում է (անտագոնիզմ): Սննդի մեջ մոլիբդենի պարունակության ավելացումը հանգեցնում է լյարդում պղնձի քանակի ավելացմանը։ Սննդի մեջ ցինկի ավելցուկը առաջացնում է երկաթ պարունակող ֆերմենտների ակտիվության արգելակում (Zn-ի և Fe-ի անտագոնիզմ):

Հանքային բաղադրիչները, որոնք կենսական նշանակություն ունեն չնչին քանակությամբ, ավելի բարձր կոնցենտրացիաների դեպքում դառնում են թունավոր:

Մի շարք տարրեր (արծաթ, սնդիկ, կապար, կադմիում և այլն) համարվում են թունավոր, քանի որ դրանց մուտքն օրգանիզմ արդեն հետքի չափով հանգեցնում է ծանր պաթոլոգիական երևույթների։ քիմիական մեխանիզմՈրոշ միկրոէլեմենտների թունավոր ազդեցությունները կքննարկվեն ստորև:

Բիոգեն տարրերը լայնորեն օգտագործվում են գյուղատնտեսություն. Փոքր քանակությամբ միկրոտարրերի՝ բորի, պղնձի, մանգանի, ցինկի, կոբալտի, մոլիբդենի ավելացումը հողում կտրուկ մեծացնում է շատ մշակաբույսերի բերքատվությունը։ Պարզվում է, որ միկրոտարրերը, մեծացնելով բույսերի ֆերմենտների ակտիվությունը, նպաստում են սպիտակուցների, վիտամինների սինթեզին, նուկլեինաթթուներ, շաքարներ և օսլա։ Քիմիական որոշ տարրեր դրական ազդեցություն են ունենում ֆոտոսինթեզի վրա, արագացնում են բույսերի աճն ու զարգացումը, սերմերի հասունացումը։ Կենդանիների կերի մեջ հետքի տարրեր են ավելացվում՝ դրանց արտադրողականությունը բարձրացնելու համար:

Որպես դեղամիջոց լայնորեն օգտագործվում են տարբեր տարրեր և դրանց միացությունները։

Այսպիսով, քիմիական տարրերի կենսաբանական դերի ուսումնասիրությունը, այդ տարրերի և կենսաբանորեն ակտիվ այլ նյութերի` ֆերմենտների, հորմոնների, վիտամինների փոխանակման փոխհարաբերությունների պարզաբանումը նպաստում է նոր դեղերև զարգացում օպտիմալ ռեժիմներդրանց չափաբաժինը ինչպես բուժական, այնպես էլ պրոֆիլակտիկ նպատակներով:

Տարրերի հատկությունների և, մասնավորապես, կենսաբանական դերի ուսումնասիրության հիմքն է պարբերական օրենքԴ.Ի. Մենդելեևը։ Ֆիզիոքիմիական հատկություններ, և, հետևաբար, նրանց ֆիզիոլոգիական և պաթոլոգիական դերը որոշվում է այս տարրերի դիրքով. պարբերական համակարգԴ.Ի. Մենդելեևը։

Որպես կանոն, ատոմների միջուկի լիցքավորման ավելացման հետ մեկտեղ մեծանում է այս խմբի տարրերի թունավորությունը և նվազում է դրանց պարունակությունը մարմնում։ Բովանդակության նվազումը ակնհայտորեն պայմանավորված է նրանով, որ երկար ժամանակաշրջանների շատ տարրեր վատ են ներծծվում կենդանի օրգանիզմների կողմից՝ մեծ ատոմային և իոնային շառավիղների, միջուկային բարձր լիցքի, էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիաների բարդության և միացությունների ցածր լուծելիության պատճառով: Մարմինը պարունակում է զգալի քանակությամբ թեթեւ տարրեր:

Մակրոէլեմենտները ներառում են առաջին (ջրածին), երրորդ (նատրիում, մագնեզիում) և չորրորդ (կալիում, կալցիում) ժամանակաշրջանների s-տարրեր, ինչպես նաև երկրորդի (ածխածին, ազոտ, թթվածին) և երրորդ (ֆոսֆոր, ծծումբ), քլոր) ժամանակաշրջաններ: Դրանք բոլորն էլ կենսական նշանակություն ունեն։ Առաջին երեք ժամանակաշրջանների մնացած s- և p-տարրերի մեծ մասը (Li, B, Al, F) ֆիզիոլոգիապես ակտիվ են, մեծ ժամանակաշրջանների s- և p տարրերը (n> 4) հազվադեպ են անփոխարինելի: Բացառություն են կազմում s-տարրերը՝ կալիում, կալցիում, յոդ։ Ֆիզիոլոգիապես ակտիվ ներառում են չորրորդ և հինգերորդ շրջանի որոշ s- և p-տարրեր՝ ստրոնցիում, մկնդեղ, սելեն, բրոմ:

Դ-տարրերից հիմնականում չորրորդ շրջանի տարրերն են կենսական նշանակություն՝ մանգան, երկաթ, ցինկ, պղինձ, կոբալտ։ Վերջերս պարզվել է, որ անկասկած է նաև այս ժամանակաշրջանի որոշ այլ դ-տարրերի՝ տիտանի, քրոմի, վանադիումի ֆիզիոլոգիական դերը։

դ-Հինգերորդ և վեցերորդ շրջանի տարրերը, բացառությամբ մոլիբդենի, չեն ցուցաբերում ընդգծված դրական ֆիզիոլոգիական ակտիվություն: Մոլիբդենը նույնպես մի շարք ռեդոքս ֆերմենտների մաս է կազմում (օրինակ՝ քսանտին օքսիդ, ալդեհիդ օքսիդազ) և կարևոր դեր է խաղում կենսաքիմիական պրոցեսների ընթացքում։

2. Կենդանի օրգանիզմների համար ծանր մետաղների թունավորության ընդհանուր ասպեկտները

Բնական միջավայրի վիճակի գնահատման հետ կապված խնդիրների համապարփակ ուսումնասիրությունը ցույց է տալիս, որ շատ դժվար է հստակ սահմանագիծ դնել բնական և մարդածին գործոններէկոլոգիական համակարգերի փոփոխություններ. Վերջին տասնամյակները մեզ համոզել են դրանում։ որ մարդու ազդեցությունը բնության վրա առաջացնում է ոչ միայն ուղղակի, հեշտությամբ ճանաչելի վնաս, այլ նաև առաջացնում է մի շարք նոր, հաճախ թաքնված գործընթացներ, որոնք փոխակերպում կամ ոչնչացնում են շրջակա միջավայրը: Կենսոլորտում բնական և մարդածին գործընթացները գտնվում են բարդ հարաբերությունների և փոխադարձ կախվածության մեջ: Այսպիսով, թունավոր նյութերի առաջացման տանող քիմիական փոխակերպումների ընթացքի վրա ազդում են կլիման, հողի ծածկույթի վիճակը, ջուրը, օդը, ռադիոակտիվության մակարդակը և այլն։ Ներկա պայմաններում էկոհամակարգերի քիմիական աղտոտման գործընթացներն ուսումնասիրելիս խնդիր է առաջանում գտնել բնական, հիմնականում բնական գործոնների, որոշակի քիմիական տարրերի կամ միացությունների պարունակության մակարդակները: Այս խնդրի լուծումը հնարավոր է միայն կենսոլորտի բաղադրիչների վիճակի, բովանդակության երկարաժամկետ համակարգված դիտարկումների հիման վրա: տարբեր նյութեր, այսինքն՝ շրջակա միջավայրի մոնիտորինգի հիման վրա։

Աղտոտվածություն միջավայրըԾանր մետաղներն ուղղակիորեն կապված են գերթունավոր նյութերի էկոլոգիական և անալիտիկ մոնիտորինգի հետ, քանի որ դրանցից շատերը ցուցադրում են բարձր թունավորություն արդեն հետքերով և կարողանում են կենտրոնանալ կենդանի օրգանիզմներում:

Ծանր մետաղներով շրջակա միջավայրի աղտոտման հիմնական աղբյուրները կարելի է բաժանել բնական (բնական) և արհեստական ​​(մարդածին): Բնական ներառում են հրաբխային ժայթքումներ, փոշու փոթորիկներ, անտառային և տափաստանային հրդեհներ, ծովային աղերպայթեցվել է քամու, բուսականության և այլնի կողմից: Աղտոտման բնական աղբյուրները կամ համակարգված են, միատեսակ կամ կարճատև ինքնաբուխ և, որպես կանոն, քիչ ազդեցություն են ունենում ընդհանուր մակարդակաղտոտվածություն. Ծանր մետաղներով բնության աղտոտման հիմնական և ամենավտանգավոր աղբյուրները մարդածին են։

Կենսոլորտում մետաղների քիմիայի և դրանց կենսաքիմիական ցիկլերի ուսումնասիրման գործընթացում բացահայտվում է ֆիզիոլոգիայի մեջ նրանց ունեցած երկակի դերը. մի կողմից՝ մետաղների մեծ մասն անհրաժեշտ է կյանքի բնականոն ընթացքի համար. մյուս կողմից, բարձր կոնցենտրացիաների դեպքում նրանք ցուցաբերում են բարձր թունավորություն, այսինքն՝ ունեն վատ ազդեցությունկենդանի օրգանիզմների վիճակի և գործունեության վրա։ Տարրերի անհրաժեշտ և թունավոր կոնցենտրացիաների սահմանը շատ անորոշ է, ինչը բարդացնում է շրջակա միջավայրի վրա դրանց ազդեցության հուսալի գնահատումը: Այն քանակությունը, որով որոշ մետաղներ դառնում են իսկապես վտանգավոր, կախված է ոչ միայն դրանցով էկոհամակարգերի աղտոտվածության աստիճանից, այլև դրանց կենսաքիմիական ցիկլի քիմիական բնութագրերից: Աղյուսակում. 1-ը ցույց է տալիս մետաղների մոլային թունավորության շարքը տարբեր տեսակներկենդանի օրգանիզմներ.

Աղյուսակ 1. Մետաղների մոլային թունավորության ներկայացուցչական հաջորդականությունը

Օրգանիզմներ Թունավորության շարք Ջրիմուռներ Hg>Cu>Cd>Fe>Cr>Zn>Co>MnFungiAg>Hg>Cu>Cd>Cr>Ni>Pb>Co>Zn>Fe >Zn > Pb> CdFishAg>Hg>Cu> Pb> Cd>Al> Zn> Ni> Cr>Co>Mn>>SrMammalsAg, Hg, Cd> Cu, Pb, Sn, Be>> Mn, Zn, Ni, Fe, Cr >> Sr >Сs, Li, Al

Օրգանիզմների յուրաքանչյուր տեսակի համար աղյուսակի շարքերում գտնվող մետաղների դասավորությունը ձախից աջ արտացոլում է թունավորության ազդեցության դրսևորման համար անհրաժեշտ մետաղի մոլային քանակի ավելացումը։ Նվազագույն մոլային արժեքը վերաբերում է ամենաբարձր թունավորությամբ մետաղին:

Վ.Վ. Կովալսկին, ելնելով կյանքի համար դրանց կարևորությունից, քիմիական տարրերը բաժանեց երեք խմբի.

Կենսական (անփոխարինելի) տարրեր, որոնք մշտապես պարունակվում են մարմնում (ֆերմենտների, հորմոնների և վիտամինների մաս են կազմում)՝ H, O, Ca, N, K, P, Na, S, Mg, Cl, C, I, Mn, Cu. , Co, Fe, Mo, V. Դրանց պակասը հանգեցնում է մարդկանց և կենդանիների բնականոն կյանքի խաթարմանը։

Աղյուսակ 2. Որոշ մետաղաֆերմենտների բնութագրերը՝ կենսաօրգանական համալիրներ

Մետաղ-ֆերմենտ Կենտրոնական ատոմ Լիգանդի միջավայր Կոնցենտրացիայի օբյեկտ Ֆերմենտային գործողության Կարբոանհիդրազ Zn (II) Ամինաթթուների մնացորդներ Էրիտրոցիտներ Կատալիզացնում է ածխածնի երկօքսիդի շրջելի խոնավացումը. CO. 2+Հ 2Օ↔Ն 2ԱՅՍՊԵՍ 3↔ N ++ NSO 3Zn (II) կարբոքսիպեպտիդազ Ամինաթթուների մնացորդներ Ենթաստամոքսային գեղձ, լյարդ, աղիքներ Կատալիզացնում է սպիտակուցի մարսողությունը, մասնակցում է պեպտիդային կապերի հիդրոլիզին. 1CO-NH-R 2+Հ 2Օ↔Ռ 1-COOH+R 2ՆՀ 2Կատալազ Fe (III) Ամինաթթուների մնացորդներ, հիստիդին, թիրոզին Արյան Կատալիզացնում է ջրածնի պերօքսիդի քայքայման ռեակցիան՝ 2H. 2Օ 2= 2N 2O + O 2Fe(III) պերօքսիդազային սպիտակուցներ Հյուսվածք, արյան օքսիդացում սուբստրատների (RH 2) ջրածնի պերօքսիդ՝ RH 2+ Հ 2Օ 2=R+2H 2Օքսիրեդուկտազ Cu (II) Ամինաթթուների մնացորդներ Սիրտ, լյարդ, երիկամներ Կատալիզացնում է օքսիդացումը մոլեկուլային թթվածնի օգնությամբ՝ 2H 2R+O 2= 2R + 2H 2O Pyruvate carboxylase Mn (II) Հյուսվածքային սպիտակուցներ Լյարդ, վահանաձև գեղձ Բարձրացնում է հորմոնների ազդեցությունը: Կատալիզացնում է կարբոքսիլացման գործընթացը պիրուվիթթվով Ալդեհիդ օքսիդազ Mo (VI) Հյուսվածքային սպիտակուցներ Լյարդ Մասնակցում է ալդեհիդների օքսիդացմանը Ռիբոնուկլեոտիդ ռեդուկտազ Co (II) Հյուսվածքային սպիտակուցներ Լյարդ Մասնակցում է ռիբոնուկլեինաթթուների կենսասինթեզին

• Մարմնում մշտապես պարունակվող կեղտոտ տարրեր՝ Ga, Sb, Sr, Br, F, B, Be, Li, Si, An, Cs, Al, Ba, Ge, As, Rb, Pb, Ra, Bi, Cd, Cr, Ni, Ti, Ag, Th, Hg, U, Se. Նրանց կենսաբանական դերը քիչ է հասկացված կամ անհայտ:
• Կեղտոտ տարրեր, որոնք հայտնաբերվել են մարմնում Sc, Tl, In, La, Pr, Sm, W, Re, Tb և այլն: Քանակի և կենսաբանական դերի վերաբերյալ տվյալները պարզ չեն:
• Աղյուսակում ներկայացված են մի շարք մետաղաֆերմենտների բնութագրերը, որոնք ներառում են այնպիսի կենսական մետաղներ, ինչպիսիք են Zn, Fe, Cu, Mn, Mo:
• Կախված կենդանի համակարգերի վարքագծից, մետաղները կարելի է բաժանել 5 տեսակի.
• - անհրաժեշտ տարրեր, որի բացակայության դեպքում մարմնում առաջանում են ֆունկցիոնալ խանգարումներ.
• - խթանիչներ (մարմնի համար անհրաժեշտ և ոչ անհրաժեշտ մետաղները կարող են հանդես գալ որպես խթանիչներ);
• իներտ տարրեր, որոնք անվնաս են որոշակի կոնցենտրացիաներում և որևէ ազդեցություն չունեն մարմնի վրա (օրինակ՝ իներտ մետաղներ, որոնք օգտագործվում են որպես վիրաբուժական իմպլանտներ).
• բժշկության մեջ օգտագործվող թերապևտիկ միջոցներ;
• թունավոր տարրեր, բարձր կոնցենտրացիաների դեպքում, որոնք հանգեցնում են անդառնալի ֆունկցիոնալ խանգարումների, մարմնի մահվան:
• Կախված կոնցենտրացիայից և շփման ժամանակից՝ մետաղը կարող է գործել ըստ նշված տեսակներից մեկի։
• Նկար 1-ում ներկայացված է մետաղի իոնների կոնցենտրացիայից օրգանիզմի վիճակի կախվածության դիագրամը։ Դիագրամի պինդ կորը նկարագրում է անմիջական դրական արձագանքը, օպտիմալ մակարդակը և դրական էֆեկտի անցումը բացասականին այն բանից հետո, երբ ցանկալի տարրի կոնցենտրացիայի արժեքներն անցնում են առավելագույնը: Բարձր կոնցենտրացիաների դեպքում անհրաժեշտ մետաղը դառնում է թունավոր:
• Կետավոր կորը ցույց է տալիս մարմնի համար թունավոր մետաղի կենսաբանական արձագանքը առանց էական կամ խթանող տարրի ազդեցության: Այս կորը գալիս է որոշակի ուշացումով, ինչը ցույց է տալիս կենդանի օրգանիզմի կարողությունը՝ «չարձագանքելու» թունավոր նյութի փոքր քանակությամբ (շեմային կոնցենտրացիան):
• Դիագրամից հետևում է, որ անհրաժեշտ տարրերը դառնում են թունավոր ավելորդ քանակությամբ: Կենդանիների և մարդկանց մարմինը պահպանում է տարրերի կոնցենտրացիան օպտիմալ տիրույթում ֆիզիոլոգիական պրոցեսների համալիրի միջոցով, որը կոչվում է հոմեոստազ: Բոլոր, առանց բացառության, անհրաժեշտ մետաղների կոնցենտրացիան գտնվում է հոմեոստազի խիստ հսկողության տակ։

• Նկ.1 Կենսաբանական արձագանք՝ կախված մետաղի կոնցենտրացիայից: ( Փոխադարձ պայմանավորվածությունկոնցենտրացիայի սանդղակի համեմատ երկու կոր՝ պայմանականորեն)
• մետաղական թունավոր իոնային թունավորում
• Առանձնահատուկ հետաքրքրություն է ներկայացնում մարդու օրգանիզմում քիմիական տարրերի պարունակությունը: Մարդու օրգանները տարբեր կերպ են կենտրոնացնում տարբեր քիմիական տարրեր իրենց մեջ, այսինքն՝ մակրո և միկրոտարրերը անհավասարաչափ բաշխված են տարբեր օրգանների և հյուսվածքների միջև։ Հետքի տարրերի մեծ մասը (օրգանիզմում պարունակությունը 10-ի սահմաններում է -3-10-5%) կուտակվում է լյարդում, ոսկրային և մկանային հյուսվածքներում։ Այս գործվածքները շատ մետաղների հիմնական պահեստն են:
• Տարրերը կարող են որոշակի կապ ունենալ որոշ օրգանների նկատմամբ և պարունակվել դրանցում բարձր կոնցենտրացիաներով: Հայտնի է, որ ցինկը խտանում է ենթաստամոքսային գեղձում, յոդը՝ վահանաձև գեղձում, վանադիումը ալյումինի և մկնդեղի հետ միասին կուտակվում է մազերի և եղունգների մեջ, կադմիումը, սնդիկը, մոլիբդենը՝ երիկամներում, անագը՝ աղիքային հյուսվածքներում, ստրոնցիումը․ շագանակագեղձը, ոսկրային հյուսվածքը, հիպոֆիզի գեղձի մանգանը և այլն: Մարմնի մեջ հետքի տարրերը կարող են հայտնաբերվել կապված պետություն, և ազատ իոնային ձևերի տեսքով։ Հաստատվել է, որ ալյումինը, պղինձը և տիտանը ուղեղի հյուսվածքներում սպիտակուցներով կոմպլեքսների տեսքով են, իսկ մանգանը՝ իոնային։
• Ի պատասխան մարմնի մեջ տարրերի չափազանց մեծ կոնցենտրացիաների ընդունմանը, կենդանի օրգանիզմը ի վիճակի է սահմանափակել կամ նույնիսկ վերացնել առաջացած թունավոր ազդեցությունը որոշակի դետոքսիկացիոն մեխանիզմների առկայության պատճառով: Մետաղական իոնների հետ կապված դետոքսիկացիայի հատուկ մեխանիզմները ներկայումս լավ չեն հասկացվում: Մարմնի շատ մետաղներ կարող են վերածվել ավելի քիչ վնասակար ձևերի հետեւյալ եղանակներով:
• մեջ չլուծվող բարդույթների առաջացում աղիքային տրակտ;
• մետաղի տեղափոխում արյունով այլ հյուսվածքներ, որտեղ այն կարող է անշարժացվել (ինչպես, օրինակ, Pb + 2 ոսկորների մեջ);

Կենդանի օրգանիզմների բջիջները քիմիական բաղադրությունը զգալիորեն տարբերվում են իրենց շրջապատող անշունչ միջավայրից և կառուցվածքով քիմիական միացություններ, և ըստ քիմիական տարրերի բազմության և պարունակության։ Ընդհանուր առմամբ, կենդանի օրգանիզմներում առկա է (մինչ օրս հայտնաբերված) մոտ 90 քիմիական տարր, որոնք, կախված դրանց պարունակությունից, բաժանվում են 3 հիմնական խմբի. մակրոէլեմենտներ , հետք տարրեր և ուլտրամիկրոէլեմենտներ .

Մակրոէլեմենտներ.

Մակրոէլեմենտներ առկա են կենդանի օրգանիզմներում զգալի քանակությամբ՝ հարյուրերորդական տոկոսից մինչև տասնյակ տոկոս: Եթե ​​որևէ մեկի բովանդակությունը քիմիականմարմնում գերազանցում է մարմնի քաշի 0,005%-ը, նման նյութը դասակարգվում է որպես մակրոէլեմենտ: Դրանք հիմնական հյուսվածքների մաս են կազմում՝ արյուն, ոսկորներ և մկաններ։ Դրանք ներառում են, օրինակ, հետևյալ քիմիական տարրերը՝ ջրածին, թթվածին, ածխածին, ազոտ, ֆոսֆոր, ծծումբ, նատրիում, կալցիում, կալիում, քլոր։ Ընդհանուր առմամբ մակրոէլեմենտները կազմում են կենդանի բջիջների զանգվածի մոտ 99%-ը, ընդ որում մեծամասնությունը (98%) բաժին է ընկնում ջրածնին, թթվածին, ածխածնին և ազոտին:

Ստորև բերված աղյուսակը ցույց է տալիս մարմնի հիմնական մակրոէլեմենտները.

Կենդանի օրգանիզմների բոլոր չորս ամենատարածված տարրերը (դրանք ջրածին, թթվածին, ածխածին, ազոտ, ինչպես նշվեց ավելի վաղ) բնութագրվում են մեկով. ընդհանուր սեփականություն. Այս տարրերին պակասում է մեկ կամ մի քանի էլեկտրոն իրենց արտաքին ուղեծրում՝ կայուն էլեկտրոնային կապեր ձևավորելու համար: Այսպիսով, ջրածնի ատոմին պակասում է մեկ էլեկտրոն արտաքին ուղեծրում՝ կայուն էլեկտրոնային կապ ստեղծելու համար, թթվածնի, ազոտի և ածխածնի ատոմներին պակասում են համապատասխանաբար երկու, երեք և չորս էլեկտրոններ։ Այս առումով այս քիմիական տարրերը հեշտությամբ ձևավորվում են կովալենտային կապերէլեկտրոնների զուգակցման շնորհիվ և կարող են հեշտությամբ փոխազդել միմյանց հետ՝ լրացնելով դրանց արտաքինը էլեկտրոնային թաղանթներ. Բացի այդ, թթվածինը, ածխածինը և ազոտը կարող են ձևավորել ոչ միայն միայնակ, այլև կրկնակի կապեր: Արդյունքում զգալիորեն ավելանում է քիմիական միացությունների թիվը, որոնք կարող են առաջանալ այդ տարրերից։

Բացի այդ, ածխածինը, ջրածինը և թթվածինը ամենաթեթևն են այն տարրերից, որոնք ընդունակ են ձևավորել կովալենտային կապեր։ Ուստի պարզվեց, որ դրանք ամենահարմարն են կենդանի նյութը կազմող միացությունների առաջացման համար։ Առանձին-առանձին հարկ է նշել ածխածնի ատոմների ևս մեկ կարևոր հատկություն՝ ածխածնի չորս այլ ատոմների հետ միանգամից կովալենտային կապեր ստեղծելու ունակությունը։ Այս ունակության շնորհիվ փայտամածները ստեղծվում են հսկայական քանակությամբ տարբեր օրգանական մոլեկուլներից։

Միկրոտարրեր.

Չնայած բովանդակությունը հետք տարրեր յուրաքանչյուրի համար չի գերազանցում 0,005%-ը անհատական ​​տարր, իսկ ընդհանուր առմամբ դրանք կազմում են բջիջների զանգվածի ընդամենը մոտ 1%-ը, միկրոէլեմենտներն անհրաժեշտ են օրգանիզմների կենսագործունեության համար։ Դրանց բացակայության կամ անբավարար պարունակության դեպքում կարող են առաջանալ տարբեր հիվանդություններ։ Շատ հետքի տարրեր ֆերմենտների ոչ սպիտակուցային խմբերի մաս են կազմում և անհրաժեշտ են դրանց կատալիտիկ ֆունկցիայի համար:
Օրինակ՝ երկաթն է անբաժանելի մասն էհեմը, որը ցիտոքրոմների մի մասն է, որոնք էլեկտրոնների տեղափոխման շղթայի բաղադրիչներն են, և հեմոգլոբինը, սպիտակուցը, որն ապահովում է թթվածնի տեղափոխումը թոքերից հյուսվածքներ: Մարդու օրգանիզմում երկաթի պակասը հանգեցնում է անեմիայի։ Իսկ յոդի պակասը, որը մտնում է վահանաձև գեղձի հորմոնի՝ թիրոքսինի մեջ, հանգեցնում է այս հորմոնի անբավարարության հետ կապված այնպիսի հիվանդությունների առաջացման, ինչպիսիք են էնդեմիկ խոփը կամ կրետինիզմը։

Հետքի տարրերի օրինակները ներկայացված են ստորև բերված աղյուսակում.

Ուլտրամիկրոէլեմենտներ.

Խմբի մեջ ուլտրամիկրոէլեմենտներ ներառում է տարրեր, որոնց պարունակությունը մարմնում չափազանց փոքր է (10-12%-ից պակաս): Դրանք ներառում են բրոմ, ոսկի, սելեն, արծաթ, վանադիում և շատ այլ տարրեր: Դրանց մեծ մասն անհրաժեշտ է նաև կենդանի օրգանիզմների բնականոն գործունեության համար։ Օրինակ՝ սելենի պակասը կարող է հանգեցնել քաղցկեղի, իսկ բորի պակասը բույսերի որոշ հիվանդությունների պատճառ է հանդիսանում։ Այս խմբի շատ տարրեր, ինչպես նաև հետքի տարրերը ֆերմենտների մի մասն են:

Բջջ

Կենդանի համակարգերի հայեցակարգի տեսանկյունից ըստ Ա.Լենինգերի.

Կենդանի բջիջը օրգանական մոլեկուլների իզոթերմային համակարգ է, որը կարող է ինքնակարգավորվել և ինքնավերարտադրվել՝ էներգիա և ռեսուրսներ կորզելով շրջակա միջավայրից։

հոսում է խցում մեծ թվովհաջորդական ռեակցիաներ, որոնց արագությունը կարգավորվում է բջջի կողմից:

Բջիջը մնում է կայուն դինամիկ վիճակում, որը հեռու է շրջակա միջավայրի հետ հավասարակշռությունից:

Բջիջները գործում են բաղադրիչների և գործընթացների նվազագույն սպառման սկզբունքով:

Դա. Բջիջը տարրական կենդանի բաց համակարգ է, որն ընդունակ է ինքնուրույն գոյության, վերարտադրության և զարգացման: Այն բոլոր կենդանի օրգանիզմների տարրական կառուցվածքային և գործառական միավորն է։

Բջիջների քիմիական կազմը.

Մենդելեևի պարբերական համակարգի 110 տարրերից 86-ը մշտապես առկա են մարդու մարմնում: Դրանցից 25-ն անհրաժեշտ են բնականոն կյանքի համար, իսկ 18-ը՝ բացարձակապես անհրաժեշտ, իսկ 7-ը՝ օգտակար։ Ըստ բջջի տոկոսի, քիմիական տարրերը բաժանվում են երեք խմբի.

Macronutrients Հիմնական տարրերը (օրգանոգեններ) են ջրածինը, ածխածինը, թթվածինը, ազոտը: Դրանց կոնցենտրացիան՝ 98 - 99,9%։ Դրանք բջջի օրգանական միացությունների ունիվերսալ բաղադրիչներն են։

Հետքի տարրեր - նատրիում, մագնեզիում, ֆոսֆոր, ծծումբ, քլոր, կալիում, կալցիում, երկաթ: Նրանց կոնցենտրացիան կազմում է 0,1%:

Ուլտրամիկրոէլեմենտներ - բոր, սիլիցիում, վանադիում, մանգան, կոբալտ, պղինձ, ցինկ, մոլիբդեն, սելեն, յոդ, բրոմ, ֆտոր: Դրանք ազդում են նյութափոխանակության վրա։ Դրանց բացակայությունը հիվանդությունների պատճառ է (ցինկ. շաքարային դիաբետ, յոդ - էնդեմիկ խոփ, երկաթ - վնասակար անեմիա և այլն):

Ժամանակակից բժշկությունը գիտի վիտամինների և հանքանյութերի բացասական փոխազդեցության փաստերը.

Ցինկը նվազեցնում է պղնձի կլանումը և մրցակցում է երկաթի և կալցիումի կլանման համար; (իսկ ցինկի պակասը թուլանում է իմմունային համակարգ, մի շարք պաթոլոգիական վիճակներ էնդոկրին գեղձերից):

Կալցիումը և երկաթը նվազեցնում են մանգանի կլանումը;

Վիտամին E-ն լավ չի համակցվում երկաթի հետ, իսկ վիտամին C-ն լավ չի համակցվում B խմբի վիտամինների հետ։

Դրական փոխազդեցություն.

Վիտամին E-ն և սելենը, ինչպես նաև կալցիումը և վիտամին K-ն գործում են սիներգիկ;

Վիտամին D-ն անհրաժեշտ է կալցիումի կլանման համար;

Պղինձը նպաստում է կլանմանը և մեծացնում է օրգանիզմում երկաթի օգտագործման արդյունավետությունը:

բջջի անօրգանական բաղադրիչները.

Ջուր-ամենակարևորը բաղադրիչբջիջներ՝ կենդանի նյութի համընդհանուր ցրման միջավայր։ Երկրային օրգանիզմների ակտիվ բջիջները բաղկացած են 60-95% ջրից: Հանգստացող բջիջներում և հյուսվածքներում (սերմեր, սպորներ) ջուրը կազմում է 10-20%: Բջջում ջուրը երկու ձևի է՝ ազատ և կապված բջջային կոլոիդների հետ: Ազատ ջուրը պրոտոպլազմայի կոլոիդային համակարգի լուծիչն ու ցրման միջավայրն է։ Նրա 95%: Կապված ջուրը (4-5%) բոլոր բջիջների ջրի մեջ առաջացնում է փխրուն ջրածնային և հիդրօքսիլային կապեր սպիտակուցների հետ:

Ջրի հատկությունները.

Ջուրը բնական լուծիչ է հանքային իոնների և այլ նյութերի համար։

Ջուրը պրոտոպլազմայի կոլոիդային համակարգի ցրված փուլն է։

Ջուրը միջավայր է բջջային նյութափոխանակության ռեակցիաների համար, քանի որ. ֆիզիոլոգիական գործընթացները տեղի են ունենում բացառապես ջրային միջավայրում: Ապահովում է հիդրոլիզի, խոնավացման, այտուցի ռեակցիաներ։

Մասնակցում է բջջի բազմաթիվ ֆերմենտային ռեակցիաներին և ձևավորվում նյութափոխանակության գործընթացում։

Ջուրը ջրածնի իոնների աղբյուրն է բույսերի ֆոտոսինթեզի ժամանակ։

Ջրի կենսաբանական արժեքը.

Կենսաքիմիական ռեակցիաների մեծ մասը տեղի է ունենում միայն ջրային լուծույթում, շատ նյութեր մտնում և դուրս են գալիս բջիջներից լուծված ձևով: Սա բնութագրում է ջրի տրանսպորտային գործառույթը:

Ջուրն ապահովում է հիդրոլիզի ռեակցիաներ՝ սպիտակուցների, ճարպերի, ածխաջրերի քայքայում ջրի ազդեցությամբ:

Գոլորշիացման բարձր ջերմության շնորհիվ մարմինը սառչում է։ Օրինակ՝ մարդկանց մոտ քրտինքը կամ բույսերի ներթափանցումը։

Ջրի բարձր ջերմային հզորությունը և ջերմային հաղորդունակությունը նպաստում են բջջում ջերմության միասնական բաշխմանը:

Կպչման (ջուր – հող) և միաձուլման (ջուր – ջուր) ուժերի շնորհիվ ջուրն ունի մազանոթության հատկություն։

Ջրի անսեղմելիությունը որոշում է բջջի պատերի սթրեսային վիճակը (տուրգոր), կլոր որդերի մոտ հիդրոստատիկ կմախքը։