Хімічні елементи. Вода. Мінеральні солі

Хімічні елементи

У літосфері Землі зустрічається близько 100 хімічних елементів. Але для забезпечення життя необхідно всього близько 20. До хімічних елементів, що складають живий організм, належать:

- органогени (О, С, Н, N) – їхня сумарна частка в живому організмі становить біля 98%;

- макроелементи (Са, Р, S, К, Nа, Сl, Fе, Мg) – їхня сумарна частка в живому організмі становить близько 1,9% (кількість кожного вимірюється десятими і сотими долями 1%);

- мікроелементи (Сu, Zn, Мn, Со, Мо, J, F та інші) – їхня сумарна частка в живому організмі становить до 0,1% (кількість кожного вимірюється тисячними і десятитисячними долями 1%).

- ультрамікроелементи (Аu, Аg, Br, Pb та інші) – їхня частка в живому організмі незначна.

 

Хімічний елемент	Значення в живому організмі	Порушення життєдіяльності при нестачі
О	Входить до складу води та всіх біомолекул.
С	Утворює скелет усіх біомолекул.
Н	Входить до складу води та всіх біомолекул.
N	Входить до складу молекул білків, нуклеїнових кислот, АТФ та деяких інших біомолекул.
Са	Є компонентом мінеральної речовини кісткової тканини, дентину, зубної емалі, скелета вапнякових губок і коралових поліпів, черепашок молюсків і форамініфер, кутикули членистоногих; у складі пектату кальцію міститься в клітинних стінках (серединних пластинках) у рослин; бере участь у регуляції обмінних процесів; активує АТФазу при м’язовому скороченні; є фактором зсідання крові.	Пригнічення росту у рослин; порушення твердості і міцності скелета у тварин та людини
Р	Є компонентом мінеральної речовини кісткової тканини, дентину, зубної емалі; входить до складу молекул білків, нуклеїнових кислот, фосфоліпідів (у мембранах), АТФ, НАДФ та деяких інших біомолекул.	Пригнічення росту коренів у рослин
S	Входить до складу молекул білків та деяких інших біомолекул.	Хлороз у рослин
К	К^+ є основним позитивно зарядженим іоном (пов'язаний з функціями мембран – проведенням нервового імпульсу, підтриманням електричного потенціалу, роботою Nа, К-насосу); бере участь у підтриманні осмотичного балансу; є кофактором при гліколізі і фотосинтезі; є компонентом клітинного соку у вакуолях рослинних клітин; бере участь у відкриванні і закриванні продихів.	Побуріння листків з країв, передчасна загибель у рослин
Nа	Nа^+ є основним позитивно зарядженим іоном (пов'язаний з функціями мембран – проведенням нервового імпульсу, підтриманням електричного потенціалу, роботою Nа, К-насосу); бере участь у підтриманні осмотичного балансу.	М’язові судороги у тварин і людини
Сl	Сl^– є основним негативно зарядженим іоном, бере участь у підтриманні осмотичного балансу; є компонентом соляної кислоти в шлунковому соку.	М’язові судороги у тварин і людини
Fе	У складі гема (небілкової частини гемоглобіну, міоглобіну) бере участь у транспорті кисню; у складі цитохромів бере участь у перенесенні електронів по ланцюгу переносників при диханні та фотосинтезі.	Анемія (недокрів’я) у тварин і людини
Мg	Входить до складу хлорофілу; є компонентом мінеральної речовини кісткової тканини, дентину, зубної емалі; є кофактором багатьох ферментів (наприклад, АТФази).	Хлороз у рослин
Сu	У складі гемоціаніну бере участь у транспорті кисню (у ракоподібних і павукоподібних); у складі пластоціаніну бере участь у перенесенні електронів по ланцюгу переносників при фотосинтезі; бере участь у синтезі меланіну.	Відмирання пагонів у рослин; альбінізм у тварин і людини
Zn	У складі ферменту карбоангідрази бере участь у транспорті вуглекислого газу кров’ю; є компонентом деяких гормонів.
Мn	У складі ферментів фосфатаз забезпечує процеси росту і розвитку кісток; у складі ферментів декарбоксилаз і дегідрогеназ бере участь в процесах дихання і фотосинтезу.	Плямистість листків у рослин; порушення розвитку кісток у тварин і людини
Со	У складі вітаміну В12 (ціанокобаламіну) впливає на розвиток еритроцитів.	Анемія (недокрів’я) у тварин і людини
Мо	Входить до складу ферментів, що каталізують процес синтезу амінокислот у рослин.	Сповільнення росту у рослин
J	У складі тироксину і трийодтироніну (гормонів щитоподібної залози) бере участь в регуляції основного обміну.	Мікседема, зоб, кретинізм у людини
F	У складі фториду кальцію є компонентом міжклітинної речовини кісткової тканини, дентину, міститься у зубній емалі.	Руйнування зубів у тварин і людини

 

Вода

Вода (Н₂О) – неорганічна речовина з унікальними фізичними і хімічними властивостями, які пов’язані з малими розмірами молекул, їхньою полярністю (на різних полюсах молекули розміщені позитивний і негативний заряди) і здатністю з’єднуватись водневими зв’язками.

Завдяки своїм властивостям вода має важливе значення для живих систем (у воді зародилось життя, її вміст у більшості живих організмів становить 60-70%, вона є середовищем існування для багатьох видів організмів):

- вода є універсальним розчинником для полярних речовин (більшість біохімічних реакцій відбуваються у водних розчинах; речовини транспортуються в організмі, надходять до клітин і видаляються з них тільки у розчиненому стані; вода як розчинник забезпечує процеси дифузії та осмосу):

o речовини, які мають полярні молекули і розчиняються у воді, називаються гідрофільними;

o речовини, які мають неполярні молекули і нерозчинні у воді, називаються гідрофобними;

- вода є хімічним реагентом (бере участь у реакціях гідролізу органічних речовин; фотолізує у світловій фазі фотосинтезу);

- здатність води до іонізації (розщеплення на іони Н⁺ і ОН^–) забезпечує буферні властивості рідин організму, завдяки яким регулюється рівень рН середовища;

- здатність води формувати оболонку навколо деяких сполук (наприклад, білків) перешкоджає їхній взаємодії (така вода називається зв’язаною або структурованою; її частка становить 4-5% від загальної кількості в організмі);

- текучість води (розрив одних водневих зв’язків і утворення інших) забезпечує механізми транспорту речовин рідинами організму;

- здатність води не стискатись під дією зовнішнього тиску забезпечує об’єм клітин та внутрішньоклітинний тиск (тургор);

- велика теплоємність води (здатність поглинати тепло за незначних змін своєї температури) запобігає різким змінам температури в живих системах та навколишньому середовищі;

- велика теплопровідність води (здатність швидко проводити тепло) забезпечує рівномірний розподіл тепла в організмі і у водному середовищі існування;

- велика теплота випаровування води (на перехід з рідкого стану в газоподібний затрачається велика кількість теплової енергії) забезпечує процеси терморегуляції (транспірацію і потовиділення);

- велика теплота замерзання-плавлення води (при замерзанні віддає велику кількість теплової енергії, при плавленні – поглинає) зменшує ймовірність утворення кристаликів льоду в живих клітинах;

- здатність води знижувати температуру замерзання (під впливом деяких розчинених речовин) запобігає замерзанню багатьох рослин і холоднокровних тварин у зимовий період;

- велика сила зчеплення між молекулами води забезпечує механізм транспорту речовин по судинах ксилеми;

- високий поверхневий натяг води забезпечує механізм транспорту речовин по судинах ксилеми і утримання деяких дрібних організмів на поверхні водойм.

 

Мінеральні солі

Мінеральні солі (солі неорганічних кислот) перебувають в організмі або в іонному стані, або у вигляді твердих сполук (їхній вміст у клітинах варіює від 1 до кількох відсотків).

Іони мінеральних солей – це:

- катіони металів: К⁺, Nа⁺, Са²⁺, Мg²⁺ тощо;

- аніони неорганічних кислот: соляної (Сl^–), сірчаної (НSО₄^–), вугільної (НСО₃^–), фосфорної (Н₂РО₄^–, НРО₄^2–) тощо.

Різна концентрація іонів К⁺ і Nа⁺ зовні і всередині клітини призводить до появи різниці електричних потенціалів на зовнішній і внутрішній поверхнях плазматичної мембрани, що зумовлює виникнення і передачу збудження у нервових та м’язових клітинах, а також забезпечує транспорт речовин у клітину.

Іони Са²⁺ та Мg²⁺ активують багато ферментів, регулюють процеси метаболізму.

Аніони сірчаної кислоти (НSО₄^–), приєднуючись до нерозчинних у воді речовин, надають їм розчинності, що сприяє їхньому виведенню з організму.

Такі нерозчинні солі, як карбонат кальцію (СаСО₃) і гідроксиапатит (Са₁₀(РО₄)₆ОН₂), є основними компонентами міжклітинної речовини кісткової тканини, дентину, входять до складу зубної емалі.

Карбонат кальцію (СаСО₃) входить до складу скелета вапнякових губок і коралових поліпів, черепашок молюсків і форамініфер, кутикули членистоногих; утворює отоліти в органі рівноваги тощо.

Сірчанокислий стронцій (SrSО₄) є компонентом внутрішньоклітинного скелета радіолярій (до складу скелета радіолярій ще входить двооксид кремнію (SіО₂)).

Важливе значення для організму мають і неорганічні кислоти, які перебувають в організмі в іонному стані. Так, соляна кислота (НСl→Н⁺ + Сl^–) активізує ферменти шлункового соку. Вугільна кислота (Н₂СО₃→Н⁺ + НСО₃^–; Н₂СО₃→2Н⁺ + СО₃^2–) утворюється при взаємодії СО₂ з Н₂О плазми крові (вуглекислий газ транспортується у вигляді карбонат-іонів та гідрокарбонат-іонів).