Біологічна роль хімічних елементів у живих організмах

Організми складаються із клітин. Клітини різних організмів мають подібний хімічний склад. У таблиці 1 подано основні хімічні елементи, виявлені у клітинах живих організмів.

Таблиця 1. Зміст хімічних елементів у клітині

За вмістом у клітині можна виділити три групи елементів. У першу групу входять кисень, вуглець, водень та азот. На частку припадає майже 98% всього складу клітини. До другої групи входять калій, натрій, кальцій, сірка, фосфор, магній, залізо, хлор. Їх вміст у клітині становить десяті та соті частки відсотка. Елементи цих двох груп відносять до макроелементів(Від грец. макрос- Великий).

Інші елементи, представлені в клітині сотими і тисячними частками відсотка, входять до третьої групи. Це мікроелементи(Від грец. мікро- Мінімальний).

Будь-яких елементів, властивих тільки живої природи, у клітині не виявлено. Всі ці хімічні елементи входять і до складу неживої природи. Це вказує на єдність живої та неживої природи.

Нестача будь-якого елемента може призвести до захворювання, і навіть загибелі організму, оскільки кожен елемент відіграє певну роль. Макроелементи першої групи складають основу біополімерів – білків, вуглеводів, нуклеїнових кислот, а також ліпідів, без яких життя неможливе. Сірка входить до складу деяких білків, фосфор – до складу нуклеїнових кислот, залізо – до складу гемоглобіну, а магній – до складу хлорофілу. Кальцій відіграє у обміні речовин.

Частина хімічних елементів, що містяться в клітині, входить до складу неорганічних речовин - мінеральних солей та води.

Мінеральні солізнаходяться в клітині, як правило, у вигляді катіонів (К + , Na + , Ca 2+ , Mg 2+) і аніонів (HPO 2-/4 , H 2 PO -/4 , СI - , НСО 3), співвідношення яких визначає важливу для життєдіяльності клітин кислотність середовища.

(У багатьох клітин середовище слаболужна та її рН майже не змінюється, тому що в ній постійно підтримується певне співвідношення катіонів та аніонів.)

З неорганічних речовин у живій природі величезну роль відіграє вода.

Без води життя неможливе. Вона становить значну масу більшості клітин. Багато води міститься у клітинах мозку та ембріонів людини: води понад 80%; в клітинах жирової тканини - всього 40.% До старості вміст води в клітинах знижується. Людина, яка втратила 20% води, гине.

Унікальні властивості води визначають її роль організмі. Вона бере участь у теплорегуляції, яка зумовлена ​​високою теплоємністю води – споживанням великої кількості енергії при нагріванні. Чим визначається висока теплоємність води?

У молекулі води атом кисню ковалентно пов'язані з двома атомами водню. Молекула води полярна, тому що атом кисню має частково негативний заряд, а кожен із двох атомів водню має

Частково позитивний заряд. Між атомом кисню однієї молекули води та атомом водню іншої молекули утворюється водневий зв'язок. Водневі зв'язки забезпечують з'єднання великої кількості молекул води. При нагріванні води значна частина енергії витрачається на розрив водневих зв'язків, що визначає її високу теплоємність.

Вода - хороший розчинник. Завдяки полярності її молекули взаємодіють з позитивно та негативно зарядженими іонами, сприяючи тим самим розчиненню речовини. По відношенню до води всі речовини клітини поділяються на гідрофільні та гідрофобні.

Гідрофільні(Від грец. гідро- вода та філео- люблю) називають речовини, що розчиняються у воді. До них відносять іонні сполуки (наприклад, солі) та деякі неіонні сполуки (наприклад, цукру).

Гідрофобними(Від грец. гідро- вода та фобос- страх) називають речовини, нерозчинні у воді. До них відносять, наприклад, ліпіди.

Вода відіграє велику роль у хімічних реакціях, що протікають у клітині у водних розчинах. Вона розчиняє непотрібні організму продукти обміну речовин і цим сприяє виведенню їх із організму. Великий вміст води у клітині надає їй пружність. Вода сприяє переміщенню різних речовин усередині клітини або з клітини до клітини.

Тіла живої та неживої природи складаються з однакових хімічних елементів. До складу живих організмів входять неорганічні речовини - вода та мінеральні солі. Життєво важливі численні функції води у клітині зумовлені особливостями її молекул: їхньою полярністю, здатністю утворювати водневі зв'язки.

НЕОРГАНІЧНІ КОМПОНЕНТИ КЛІТИНИ

У клітинах живих організмів зустрічається близько 90 елементів, причому приблизно 25 з них виявлені практично у всіх клітинах. За вмістом у клітині хімічні елементи поділяються на три великі групи: макроелементи (99%), мікроелементи (1%), ультрамікроелементи (менше 0,001%).

До макроелементів належать кисень, вуглець, водень, фосфор, калій, сірка, хлор, кальцій, магній, натрій, залізо.
До мікроелеметів належать марганець, мідь, цинк, йод, фтор.
До ультрамікроелементів відносяться срібло, золото, бром, селен.

ОРГАНІЧНІ КОМПОНЕНТИ КЛІТИНИ

Ферменти.

Найважливіша функція білків – каталітична. Білкові молекули, що збільшують на кілька порядків швидкість хімічних реакцій у клітині, називають ферментами. Жоден біохімічний процес у організмі немає без участі ферментів.

Нині виявлено понад 2000 ферментів. Їхня ефективність у багато разів вища, ніж ефективність неорганічних каталізаторів, що використовуються у виробництві. Так, 1 мг заліза у складі ферменту каталази замінює 10 т неорганічного заліза. Каталаза збільшує швидкість розкладання пероксиду водню (Н 2 Про 2) у 10 11 разів. Фермент, що каталізує реакцію утворення вугільної кислоти (СО2 + Н2О = Н2СО3), прискорює реакцію в 107 разів.

Важливою властивістю ферментів є специфічність їхньої дії, кожен фермент каталізує лише одну або невелику групу подібних реакцій.

Речовина, на яку впливає фермент, називають субстратом. Структури молекули ферменту та субстрату повинні точно відповідати один одному. Цим пояснюється специфічність впливу ферментів. При поєднанні субстрату з ферментом просторова структура ферменту змінюється.

Послідовність взаємодії ферменту та субстрату можна зобразити схематично:

Субстрат+Фермент – Фермент-субстратний комплекс – Фермент+Продукт.

Зі схеми видно, що субстрат з'єднується з ферментом з утворенням фермент-субстратного комплексу. При цьому субстрат перетворюється на нову речовину – продукт. На кінцевому етапі фермент звільняється від продукту і знову вступає у взаємодію з черговою молекулою субстрату.

Ферменти функціонують лише за певної температури, концентрації речовин, кислотності середовища. Зміна умов призводить до зміни третинної і четвертинної структури білкової молекули, отже, і придушення активності ферменту. Як це відбувається? Каталітична активність має лише певну ділянку молекули ферменту, звану активним центром. Активний центр містить від 3 до 12 амінокислотних залишків і формується внаслідок вигину поліпептидного ланцюга.

Під впливом різних чинників змінюється структура молекули ферменту. При цьому порушується просторова конфігурація активного центру і фермент втрачає свою активність.

Ферменти – це білки, які відіграють роль біологічних каталізаторів. Завдяки ферментам на кілька порядків зростає швидкість хімічних реакцій у клітинах. Важлива властивість ферментів – специфічність дії у певних умовах.

Нуклеїнові кислоти.

Нуклеїнові кислоти були відкриті у другій половині ХІХ ст. швейцарським біохіміком Ф. Мішером, який виділив із ядер клітин речовину з високим вмістом азоту та фосфору та назвав його "нуклеїном" (від лат. нуклеус- Ядро).

У нуклеїнових кислотах зберігається спадкова інформація про будову та функціонування кожної клітини та всіх живих істот на Землі. Існує два типи нуклеїнових кислот – ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота) та РНК (рибонуклеїнова кислота). Нуклеїнові кислоти, як і білки, мають видову специфічність, тобто організмам кожного виду властивий свій тип ДНК. Щоб з'ясувати причини видової специфічності, розглянемо будову нуклеїнових кислот.

Молекули нуклеїнових кислот є дуже довгими ланцюгами, що складаються з багатьох сотень і навіть мільйонів нуклеотидів. Будь-яка нуклеїнова кислота містить лише чотири типи нуклеотидів. Функції молекул нуклеїнових кислот залежать від їх будови, що входять до їх складу нуклеотидів, їх числа в ланцюзі та послідовності сполуки в молекулі.

Кожен нуклеотид складається з трьох компонентів: азотистої основи, вуглеводу та фосфорної кислоти. До складу кожного нуклеотиду ДНК входить один із чотирьох типів азотистих основ (аденін - А, тимін - Т, гуанін - Г або цитозин - Ц), а також вуглеводів дезоксирибозу та залишок фосфорної кислоти.

Таким чином, нуклеотиди ДНК розрізняються лише типом азотистої основи.

Молекула ДНК складається з величезної кількості нуклеотидів, з'єднаних у ланцюжок у певній послідовності. Кожен вид молекули ДНК має властиве їй число та послідовність нуклеотидів.

Молекули ДНК дуже довгі. Наприклад, для буквеного запису послідовності нуклеотидів у молекулах ДНК з однієї клітини людини (46 хромосом) знадобилася б книга обсягом близько 820 000 сторінок. Чергування чотирьох типів нуклеотидів може утворити безліч варіантів молекул ДНК. Зазначені особливості будови молекул ДНК дозволяють їм зберігати величезний обсяг інформації про всі ознаки організмів.

У 1953 р. американським біологом Дж. Вотсоном та англійським фізиком Ф. Криком було створено модель будови молекули ДНК. Вчені встановили, що кожна молекула ДНК складається з двох ланцюгів, пов'язаних між собою та спірально закручених. Вона має вигляд подвійної спіралі. У кожному ланцюгу чотири типи нуклеотидів чергуються у певній послідовності.

Нуклеотидний склад ДНК відрізняється у різних видів бактерій, грибів, рослин, тварин. Але він не змінюється із віком, мало залежить від змін навколишнього середовища. Нуклеотиди парні, тобто число аденінових нуклеотидів у будь-якій молекулі ДНК дорівнює числу тимідинових нуклеотидів (А-Т), а число цитозинових нуклеотидів дорівнює числу гуанінових нуклеотидів (Ц-Г). Це пов'язано з тим, що з'єднання двох ланцюгів між собою в молекулі ДНК підпорядковується певному правилу, а саме: аденін одного ланцюга завжди пов'язаний двома водневими зв'язками тільки з Тімін інший ланцюга, а гуанін - трьома водневими зв'язками з цитозином, тобто нуклеотидні ланцюги однієї молекули ДНК комплементарні, доповнюють одна одну.

Молекули нуклеїнових кислот – ДНК та РНК складаються з нуклеотидів. До складу нуклеотидів ДНК входить азотна основа (А, Т, Г, Ц), вуглевод дезоксирибозу та залишок молекули фосфорної кислоти. Молекула ДНК є подвійною спіралью, що складається з двох ланцюгів, з'єднаних водневими зв'язками за принципом комплементарності. Функція ДНК – зберігання спадкової інформації.

У клітинах всіх організмів є молекули АТФ – аденозинтрифосфорної кислоти. АТФ - універсальна речовина клітини, молекула якої має багаті на енергію зв'язку. Молекула АТФ – це один своєрідний нуклеотид, який, як і інші нуклеотиди, складається з трьох компонентів: азотистої основи – аденіну, вуглеводу – рибози, але замість одного містить три залишки молекул фосфорної кислоти (рис. 12). Зв'язки, позначені на малюнку значком, - багаті на енергію і називаються макроергічні. Кожна молекула АТФ містить два макроергічні зв'язки.

При розриві макроергічного зв'язку та відщепленні за допомогою ферментів однієї молекули фосфорної кислоти звільняється 40 кДж/моль енергії, а АТФ при цьому перетворюється на АДФ - аденозиндифосфорну кислоту. При відщепленні ще однієї молекули фосфорної кислоти звільняється ще 40 кДж/моль; утворюється АМФ – аденозинмонофосфорна кислота. Ці реакції оборотні, тобто АМФ може перетворюватися на АДФ, АДФ - на АТФ.

Молекули АТФ як розщеплюються, а й синтезуються, тому їх вміст у клітині щодо постійно. Значення АТФ у житті клітини величезне. Ці молекули відіграють провідну роль в енергетичному обміні, необхідному для забезпечення життєдіяльності клітини та організму загалом.

Молекула РНК, як правило, одиночний ланцюг, що складається з чотирьох типів нуклеотидів - А, У, Г, Ц. Відомі три основні види РНК: іРНК, рРНК, тРНК. Зміст молекул РНК у клітині непостійно, вони беруть участь у біосинтезі білка. АТФ - універсальна енергетична речовина клітини, в якій є багаті на енергію зв'язку. АТФ грає центральну роль обміні енергії у клітині. РНК та АТФ містяться як у ядрі, так і в цитоплазмі клітини.

Завдання та тести на тему "Тема 4. "Хімічний склад клітини"."

• полімер, мономер;
• вуглевод, моносахарид, дисахарид, полісахарид;
• ліпід, жирна кислота, гліцерин;
• амінокислота, пептидна зв'язок, білок;
• каталізатор, фермент, активний центр;
• нуклеїнова кислота, нуклеотид.

Алгоритм розв'язання задач.

Тип 1. Самокопіювання ДНК.

Один із ланцюжків ДНК має таку послідовність нуклеотидів:
АГТАЦЦГАТАЦТЦГАТТТАЦГ...
Яку послідовність нуклеотидів має другий ланцюжок тієї ж молекули?

Щоб написати послідовність нуклеотидів другого ланцюжка молекули ДНК, коли відома послідовність першого ланцюжка, достатньо замінити тимін на аденін, аденін на тимін, гуанін-цитозин і цитозин на гуанін. Зробивши таку заміну, отримуємо послідовність:
ТАЦТГГЦТАТГАГЦТАААТГ...

Тип 2. Кодування білків.

Ланцюжок амінокислот білка рибонуклеази має наступний початок: лізин-глутамін-треонін-аланін-аланін-аланін-лізин...
З якої послідовності нуклеотидів починається ген, який відповідає цьому білку?

І тому слід скористатися таблицею генетичного коду. Для кожної амінокислоти знаходимо кодове позначення у вигляді відповідної трійки нуклеотидів і виписуємо його. Маючи в своєму розпорядженні ці трійки один за одним у такому ж порядку, в якому йдуть відповідні їм амінокислоти, отримуємо формулу будови ділянки інформаційної РНК. Як правило таких трійок кілька, вибір робиться за Вашим рішенням (але береться тільки одна з трійок). Рішень відповідно може бути кілька.
АААЦАААЦУГЦГГЦУГЦГААГ

З якої послідовності амінокислот починається білок, якщо він закодований такою послідовністю нуклеотидів:
АЦГЦЦЦАТГГЦЦГГТ...

За принципом комплементарності знаходимо будову ділянки інформаційної РНК, що утворюється на даному відрізку молекули ДНК:
УГЦГГГУАЦЦГГЦЦА...

Потім звертаємося до таблиці генетичного коду і для кожної трійки нуклеотидів, починаючи з першої, знаходимо та виписуємо відповідну їй амінокислоту:
Цистеїн-гліцин-тирозин-аргінін-пролін-...

Іванова Т.В., Калінова Г.С., М'ягкова О.М. "Спільна біологія". Москва, "Освіта", 2000

• Тема 4. "Хімічний склад клітини." §2-§7 стор. 7-21
• Тема 5. "Фотосинтез." §16-17 стор. 44-48
• Тема 6. "Клітинне дихання." §12-13 стор. 34-38
• Тема 7. "Генетична інформація." §14-15 стор 39-44

Таблиця 4.1

Функція макроелементів в організмі

Таблиця 4. 1 (закінчення)

Функція мікроелементів та ультрамікроелементів в організмі людини

Органічні речовини

Органічні сполуки становлять загалом 20–30% маси клітини живого організму. До них відносяться біологічні полімери – білки, нуклеїнові кислоти та полісахариди, а також жири та ряд низькомолекулярних органічних речовин – амінокислоти, прості цукри, нуклеотиди тощо.

Полімери – складні розгалужені або лінійні молекули, що при гідролізі розпадаються до мономерів. Якщо полімер складається з одного виду мономерів, такий полімер називають гомополімером, якщо до складу полімерної молекули входять різні мономери - то це гетерополімер.

Якщо група різних мономерів у полімерній молекулі повторюється – це регулярний гетерополімер, якщо немає повторення певної групи мономерів – гетерополімер нерегулярний.

У складі клітини вони представлені білками, вуглеводами, жирами, нуклеїновими кислотами (ДНК та РНК) та аденозинтрифосфатом (АТФ).

Білки

З органічних речовин клітини за кількістю та значенням на першому місці стоять білки. Білки, або протеїни (від грецьк. протос – перший, головний) – високомолекулярні гетерополімери, органічні речовини, що розпадаються при гідролізі до амінокислот.

До складу простих білків (що складаються лише з амінокислот) входять вуглець, водень, азот, кисень та сірка.

Частина білків (складні білки) утворює комплекси з іншими молекулами, що містять фосфор, залізо, цинк та мідь – це складні білки, що містять, крім амінокислот, ще й небілкову - простетичну групу. Вона може бути представлена ​​іонами металів (металопротеїни – гемоглобін), вуглеводами (глікопротеїни), ліпідами (ліпопротеїни), нуклеїновими кислотами (нуклеопротеїни).

Білки мають величезну молекулярну масу: Один з білків – глобулін молока – має молекулярну масу 42000.

Білки є нерегулярними гетерополімерами, мономерами яких є α-амінокислоти. У клітинах та тканинах виявлено понад 170 різних амінокислот, але до складу білків входить лише 20 α-амінокислот.

Залежно від того, чи можуть амінокислоти синтезуватися в організмі, розрізняють: замінні амінокислоти – десять амінокислот, що синтезуються в організмі та незамінні амінокислоти – амінокислоти, які в організмі не синтезуються. Незамінні амінокислоти повинні надходити в організм разом із їжею.

Залежно від амінокислотного складу, білки бувають повноцінними, якщо містять весь набір незамінних амінокислот та неповноцінними, якщо якісь незамінні амінокислоти у складі відсутні.

Загальна формула амінокислот наведена малюнку. всі α -амінокислоти при α -атом вуглецю містять атом водню, карбоксильну групу (-СООН) і аміногрупу (-NH 2). Решта молекули представлена ​​радикалом.

Аміногрупа легко приєднує іон водню, тобто. виявляє основні властивості. Карбоксильна група легко віддає іон водню – виявляє властивості кислоти. Амінокислоти є амфотернимиз'єднаннями, так як у розчині вони можуть виступати як у ролі кислот, так і основ. У водних розчинах амінокислоти існують у різних іонних формах. Це залежить від рН розчину та від того, яка амінокислота: нейтральна, кисла або основна.

Залежно від кількості аміногруп і карбоксильних груп, що входять до складу амінокислот, розрізняють нейтральні амінокислоти, що мають одну карбоксильну групу і одну аміногрупу, основні амінокислоти, що мають в радикалі ще одну аміногрупу і кислі амінокислоти, що мають в радикалі ще одну карбоксильну.

Пептиди- Органічні речовини, що складаються з невеликої кількості залишків амінокислот, з'єднаних пептидним зв'язком. Утворення пептидів відбувається внаслідок реакції конденсації амінокислот (Рис. 4.6).

При взаємодії аміногрупи однієї амінокислоти з карбоксильною групою іншою, між ними виникає ковалентний азот-вуглецевий зв'язок, яку називають пептидний. Залежно кількості амінокислотних залишків, які входять до складу пептиду, розрізняють дипептиди, трипептиди, тетрапептиди тощо. Утворення пептидного зв'язку може повторюватися багаторазово. Це призводить до освіти поліпептидів. Якщо поліпептид складається з великої кількості залишків амінокислот, його називають білком. На одному кінці молекули знаходиться вільна аміногрупа (його називають N-кінцем), а на іншому – вільна карбоксильна група (його називають С-кінцем).

Структура білкової молекули

Виконання білками певних специфічних функцій залежить від просторової конфігурації їх молекул, крім того, клітині енергетично невигідно тримати білки у розгорнутій формі, у вигляді ланцюжка, тому поліпептидні ланцюги піддаються укладання, набуваючи певної тривимірної структури, або конформацію. Виділяють 4 рівнів просторової організації білків.

Первинна структурабілка – послідовність розташування амінокислотних залишків у поліпептидному ланцюзі, що становить молекулу білка. Зв'язок між амінокислотами – пептидна.

Первинна структура білкової молекули визначає властивості молекул білка та її просторову конфігурацію. Заміна лише однієї амінокислоти на іншу в поліпептидному ланцюжку призводить до зміни властивостей і функцій білка.

Наприклад, заміна в b-субодиниці гемоглобіну шостої глутамінової амінокислоти на валін призводить до того, що молекула гемоглобіну в цілому не може виконувати свою основну функцію – транспорт кисню (у таких випадках у людини розвивається захворювання – серповидноклітинна анемія).

Першим білком, у якого було виявлено амінокислотну послідовність, став гормон інсулін. Дослідження проводилися в Кембриджському університеті Ф.Сенгер з 1944 по 1954 рік. Було виявлено, що молекула інсуліну складається з двох поліпептидних ланцюгів (21 і 30 амінокислотних залишків), що утримуються один біля одного дисульфідними містками. За свою копітку працю Ф.Сенгер був удостоєний Нобелівської премії.

Рис. 4.6. Первинна будова молекули білка

Вторинна структура- упорядковане згортання поліпептидного ланцюга в α-спіраль(має вигляд розтягнутої пружини) та β-структра (складчастий шар). У α- спіралі NH-групаданого залишку амінокислоти взаємодіє з СО-групоючетвертого від неї залишку. Практично всі "СО-" та "NН-групи" беруть участь в утворенні водневих зв'язків. Вони слабші пептидних, але, повторюючись багаторазово, надають цієї зміни стійкість і жорсткість. На рівні вторинної структури існують білки: фіброїн (шовк, павутиння), кератин (волосся, нігті), колаген (сухожилля).

Третинна структура- укладання поліпептидних ланцюгів у глобули, що виникає внаслідок виникнення хімічних зв'язків (водневих, іонних, дисульфідних) та встановлення гідрофобних взаємодій між радикалами амінокислотних залишків. Основну роль освіті третинної структури грають гидрофильно-гидрофобные взаємодії. У водних розчинах гідрофобні радикали прагнуть сховатися від води, групуючись усередині глобули, тоді як гідрофільні радикали в результаті гідратації (взаємодії з диполями води) прагнуть опинитися на поверхні молекули.

У деяких білків третинна структура стабілізується дисульфідними ковалентними зв'язками, що виникають між атомами сірки двох залишків цистеїну. На рівні третинної структури є ферменти, антитіла, деякі гормони. За формою молекули розрізняють білки глобулярні та фібрилярні. Якщо фібрилярні білки виконують в основному опорні функції, то глобулярні білки розчиняються і виконують безліч функцій у цитоплазмі клітин або у внутрішньому середовищі організму.

Четвертична структурай у складних білків, молекули яких утворені двома і більше глобулами. Субодиниці утримуються в молекулі виключно за допомогою нековалентних зв'язків, насамперед водневих та гідрофобних.

Найбільш вивченим білком, що має четвертинну структуру, є гемоглобін. Він утворений двома a-субодиницями (141 амінокислотний залишок) і двома b-субодиницями (146 амінокислотних залишків). З кожною субодиницею пов'язана молекула гема, що містить залізо. Багато білків з четвертинною структурою займають проміжне положення між молекулами та клітинними органелами – наприклад мікротрубочки цитоскелета складаються з білка тубуліна, Що складається з двох субодиниць. Трубочка подовжується внаслідок приєднання димерів до торця.

Якщо з будь-яких причин просторова конформація білків відхиляється від нормальної, білок не може виконувати своїх функцій.

Рис. 4.7. Структури молекул білка

Властивості білків

1. Білки є амфотерними сполуками, поєднують у собі основні та кислотні властивості, що визначаються радикалами амінокислот. Розрізняють кислі, основні та нейтральні білки. Здатність віддавати та приєднувати Н+ визначають буферні властивостібілків, один із найпотужніших буферів - гемоглобін в еритроцитах, що підтримує рН крові на постійному рівні.
2. Є білки розчинні, є нерозчиннібілки, що виконують механічні функції (фіброїн, кератин, колаген).
3. Є білки хімічно активні(ферменти), є хімічно неактивні.
4. Є стійкідо впливу різних умов зовнішнього середовища та вкрай нестійкі. Зовнішні чинники (зміна температури, сольового складу середовища, рН, радіація) можуть спричинити порушення структурної організації молекули білка.
5. Процес втрати тривимірної конформації, властивої даної молекули білка, називають денатурацією. Причиною денатурації є розрив зв'язків, що стабілізують певну структуру білка. Разом з тим, денатурація не супроводжується руйнуванням поліпептидного ланцюга. Зміна просторової конфігурації призводить до зміни властивостей білка і, як наслідок, унеможливлює виконання білком властивих йому біологічних функцій.
6. Денатурація може бути: оборотний, процес відновлення структури білка після денатурації називається ренатурації.Якщо відновлення просторової конфігурації білка неможливе, то денатурація називається незворотній.
7. Руйнування первинної структури білкової молекули називається деградацією.

Рис. 4.8. Денатурація та ренатурація білка

Функції білків

Білки виконують у клітині різноманітні функції.

Функціональну активність мають білки з третинною структурною організацією, але в більшості випадків тільки перехід білків третинної організації в четвертинну структуру забезпечує специфічну функцію.

Ферментативна функція

Всі біологічні реакції в клітині протікають за участю особливих біологічних каталізаторів - ферментів, а будь-який фермент - білок, ферменти локалізовані у всіх органелах клітин і не тільки спрямовують перебіг різних реакцій, а й прискорюють їх у десятки та сотні тисяч разів. Кожен із ферментів суворо специфічний.

Так, розпад крохмалю і перетворення його на цукор (глюкозу) викликає фермент амілаза, тростинний цукор розщеплює тільки фермент інвертазу і т.д.

Багато ферментів давно вже застосовують у медичній, а також у харчовій (хлібопечення, пивоваріння та ін) промисловості.

Ферменти специфічні – можуть каталізувати один тип реакцій – до активного центру потрапляє певна молекула субстрату.

Оскільки майже всі ферменти є білками (є рибозими, РНК, що каталізують деякі реакції), їх активність найбільш висока за фізіологічно нормальних умов: більшість ферментів найбільш активно працює тільки при певної температури, рН, швидкість залежить від концентрації ферменту та субстрату.

При підвищенні температури до деякого значення (в середньому до 50 ° С) каталітична активність зростає (на кожні 10 ° С швидкість реакції підвищується приблизно в 2 рази).

Структурна функція

Білки входять до складу всіх мембран, що оточують і пронизують клітину, та органел.

У поєднанні з ДНК білок становить тіло хромосом, а поєднанні з РНК - тіло рибосом.

Розчини низькомолекулярних білків входять до складу рідких фракцій клітин.

Регуляторна функція

Деякі білки є гормонами – біологічно активними речовинами, що виділяються в кров різними залозами, що беруть участь у регуляції процесів обміну речовин.

Гормони інсулін та глюкагонрегулює рівень вуглеводів у крові.

Транспортна функція

Саме з білками пов'язаний перенесення кисню, а також гормонів у тілі тварин та людини (його здійснює білок крові гемоглобін).

Двигуна функція

Усі види рухових реакцій клітини виконуються спеціальними скорочувальними білками актином і міозином, які зумовлюють скорочення мускулатури, рух джгутиків і вій у найпростіших, переміщення хромосом при розподілі клітини, рух рослин.

Захисна функція

Багато білків утворюють захисний покрив, що оберігає організм від шкідливих впливів, наприклад рогові утворення - волосся, нігті, копита, роги. Це механічний захист. У відповідь на впровадження в організм чужорідних білків (антигенів) у клітинах крові виробляються речовини білкової природи (антитіла), які знешкоджують їх, оберігаючи організм від дії, що ушкоджує. Це імунологічний захист.

Енергетична функція

Білки можуть бути джерелом енергії. Розщеплюючись до кінцевих продуктів розпаду - діоксиду вуглецю, води та азотовмісних речовин, вони виділяють енергію, необхідну для багатьох життєвих процесів у клітині 17,6 КДж.

Рецепторна функція

Білки-рецептори – вбудовані в мембрану молекули білків, здатні змінювати свою структуру у відповідь на приєднання певної хімічної речовини.

Запасна функція

Цю функцію виконують звані резервні білки, що є джерелами харчування для плоду, наприклад білки яйця (овальбуміни). Основний білок молока (казеїн) також виконує поживну функцію.

Ряд інших білків використовується в організмі як джерело амінокислот, які у свою чергу є попередниками біологічно активних речовин, що регулюють процеси метаболізму.

Токсична функція

Токсини, токсичні речовини природного походження. Зазвичай до токсинів відносять високомолекулярні сполуки (білки, поліпептиди та ін.), при попаданні яких в організм відбувається вироблення антитіл.

За метою дії токсини поділяють на наступні групи:

Гематичні отрути - отрути, що зачіпають кров.

Нейротоксини - отрути, що вражають нервову систему та мозок.

Міоксичні отрути - отрути, що ушкоджують м'язи.

Гемотоксини - токсини, які ушкоджують кровоносні судини та викликають кровотечу.

Гемолітичні токсини – токсини, які ушкоджують еритроцити.

Нефротоксини – токсини, які ушкоджують нирки.

Кардіотоксини – токсини, які ушкоджують серце.

Некротоксин - токсини, які руйнують тканини, викликаючи їх омертвіння (некроз).

Отруйні речовини фалотоксини та аматоксини містяться в різних видах: блідій поганці, мухоморі смердючим, весняним.

Вуглеводи

Вуглеводи, або сахариди, - Органічні речовини, до складу яких входить вуглець, кисень, водень. Вуглеводи становлять близько 1% маси сухої речовини в тваринних клітинах, а в клітинах печінки та м'язів - до 5%. Найбільш багаті на вуглеводи рослинні клітини (до 90% сухої маси).

Хімічний склад вуглеводів характеризується їх загальною формулою С m (Н 2 Про) n де m≥n. Кількість атомів водню в молекулах вуглеводів, як правило, вдвічі більша за атоми кисню (тобто як у молекулі води). Звідси і назва – вуглеводи.

У рослинних клітинах їх значно більше, ніж у тварин. Вуглеводи містять лише вуглець, водень та кисень.

До найпростіших вуглеводів відносяться прості цукри (моносахариди). Вони містять п'ять (пентози) або шість (гексоз) атомів вуглецю і стільки ж молекул води.

Прикладами моносахаридів можуть бути глюкоза і фруктоза, що у багатьох плодах рослин. Окрім рослин глюкоза входить також до складу крові.

Складні вуглеводи складаються із кількох молекул простих вуглеводів. З двох моносахаридів утворюється дисахарид.

Харчовий цукор (сахароза), наприклад, складається з молекули глюкози та молекули фруктози.

Значно більше молекул простих вуглеводів входить у такі складні вуглеводи, як крохмаль, глікоген, клітковина (целюлоза).

У молекулі клітковини, наприклад, від 300 до 3000 глюкози молекул.

Функції вуглеводів

Енергетична функція

одна з основних функцій вуглеводів. Вуглеводи (глюкоза) – основні джерела енергії у тваринному організмі. Забезпечують до 67% добового енергоспоживання (щонайменше 50%). При розщепленні 1 г вуглеводу виділяється 17,6 кДж, вода та вуглекислий газ.

Запасна функція

виражається у накопиченні крохмалю клітинами рослин та глікогену клітинами тварин, які відіграють роль джерел глюкози, легко вивільняючи її при необхідності.

Опорно-будівельна функція

Вуглеводи входять до складу клітинних мембран та клітинних стінок (целюлоза входить до складу клітинної стінки рослин, з хітину утворений панцир членистоногих, муреїн утворює клітинну стінку бактерій). Поєднуючись з ліпідами та білками, утворюють гліколіпіди та глікопротеїни. Рибоза та дезоксирибоза входять до складу мономерів нуклеотидів.

Рецепторна функція

Олігосахаридні фрагменти глікопротеїнів та гліколіпідів клітинних стінок виконують рецепторну функцію, сприймаючи сигнали, що надходять із зовнішнього середовища.

Захисна функція

Слизи, що виділяються різними залозами, багаті на вуглеводи та їх похідні (наприклад, глікопротеїни). Вони оберігають стравохід, кишечник, шлунок, бронхи від механічних ушкоджень, перешкоджають проникненню в організм бактерій та вірусів.

Ліпіди

Ліпіди – збірна група органічних сполук, які мають єдиної хімічної характеристики. Їх поєднує те, що всі вони нерозчинні у воді, але добре розчиняються в органічних розчинниках (ефірі, хлороформі, бензині).

Розрізняють прості та складні ліпіди.

Прості ліпіди є двокомпонентними речовинами, які є складними ефірами вищих жирних кислот і будь-якого спирту, частіше - гліцерину.

Складні ліпіди складаються з багатокомпонентних молекул.

З простих ліпідіврозглянемо жири та воску.

Жиришироко поширені у природі. Жири – це складні ефіри вищих жирних кислот та триатомного спирту – гліцерину. У хімії цю групу органічних сполук прийнято називати тригліцеридами, оскільки всі три гідроксильні групи гліцерину пов'язані з жирними кислотами.

У складі тригліцеридів виявлено понад 500 жирних кислот, молекули яких мають схожу будову.

Як і амінокислоти, жирні кислоти мають однакову для всіх кислот угруповання - гідрофільну карбоксильну групу (-СООН) і гідрофобний радикал, яким вони відрізняються один від одного. Тому загальна формула жирних кислот має вигляд R-COОН. Радикал є вуглеводневим хвістом, що відрізняється у різних жирних кислот кількістю угруповань -СН 2 .

Більшість жирних кислот містить у " хвості " парне число атомів вуглецю, від 14 до 22 (найчастіше 16 чи 18). Крім того, вуглеводневий хвіст може містити різну кількість подвійних зв'язків. За наявністю чи відсутністю подвійних зв'язків у вуглеводневому хвості розрізняють насичені жирні кислоти, що не містять у вуглеводневому хвості подвійних зв'язків та ненасичені жирні кислоти, що мають подвійні зв'язки між атомами вуглецю (-СН=СН-). Якщо тригліцеридах переважають насичені жирні кислоти, всі вони тверді при кімнатної температурі (жири), якщо ненасичені – рідкі (олії). Щільність жирів нижча, ніж у води, тому у воді вони виринають і знаходяться на поверхні.

Віск– група простих ліпідів, що є складними ефірами вищих жирних кислот і вищих високомолекулярних спиртів. Зустрічаються як і тваринному, і у рослинному царстві, де виконують головним чином захисні функції.

У рослин вони, наприклад, покривають тонким шаром листя, стебла та плоди, оберігаючи їх від змочування водою та проникнення мікроорганізмів. Від якості воскового покриття залежить термін зберігання фруктів. Під покривом бджолиного воску зберігається мед та розвиваються личинки.

До складних ліпідіввідносяться фосфоліпіди, гліколіпіди, ліпопротеїни, стероїди, стероїдні гормони, вітаміни А, D, E, K.

Фосфоліпіди- Складні ефіри багатоатомних спиртів з вищими жирними кислотами, що містять залишок фосфорної кислоти. Іноді з нею можуть бути пов'язані додаткові угруповання (азотисті основи, амінокислоти).

Як правило, у молекулі фосфоліпідів є два залишки вищих жирних і один залишок фосфорної кислоти. Фосфоліпіди присутні у всіх клітинах живих істот, беручи участь головним чином у формуванні фосфоліпідного бішару клітинних мембран - залишки фосфорної кислоти гідрофільні і завжди спрямовані до зовнішньої та внутрішньої поверхні мембрани, а гідрофобні хвости спрямовані один до одного всередині мембрани.

Гліколіпіди- Це вуглеводні похідні ліпідів. До складу їх молекул поряд з багатоатомним спиртом та вищими жирними кислотами входять також вуглеводи. Вони локалізовані переважно на зовнішній поверхні плазматичної мембрани, де їх вуглеводні компоненти входять до інших вуглеводів клітинної поверхні.

Ліпопротеїни– ліпідні молекули, пов'язані з білками. Їх дуже багато в мембранах, білки можуть пронизувати мембрану наскрізь, знаходиться під або над мембраною, можуть бути занурені в ліпідний бислой на різну глибину.

Ліпоїди- Жироподібні речовини. До них відносяться стероїди(широко поширений у тварин тканинах холестерин та його похідні – гормони кори надниркових залоз – мінералокортикоїди, глюкокортикоїди, естрадіол та тестостерон – відповідно жіночий та чоловічий статеві гормони). До ліпоїдів відносяться терпени (ефірні олії, від яких залежить запах рослин), гібереліни (ростові речовини рослин), деякі пігменти (хлорофіл, білірубін), жиророзчинні вітаміни (А, D, E, K).

Функції ліпідів показані у таблиці 4.1.

Таблиця 4.2.

Функції жирів

Рис. 9. Хімічна будова ліпідів та вуглеводів

Аденозинтрифосфат (АТФ)

Входить до складу будь-якої клітини, де він виконує одну з найважливіших функцій – накопичувача енергії. Молекули АТФ складаються з азотистої основи аденіну, вуглеводу рибози та трьох молекул фосфорної кислоти.

Нестійкі хімічні зв'язки, якими з'єднані молекули фосфорної кислоти в АТФ, дуже багаті на енергію (макроергічні зв'язки): при розриві цих зв'язків енергія вивільняється і використовується в живій клітині для забезпечення процесів життєдіяльності та синтезу органічних речовин.

Рис. 4.10. Будова молекули АТФ

4.4. Практичне завдання

Клітини живих організмів за своїм хімічним складомзначно відрізняються від навколишнього їх неживого середовища і за структурою хімічних сполук, і за набором та вмістом хімічних елементів. Загалом у живих організмах присутній (виявлено на сьогоднішній день) близько 90 хімічних елементів, які, залежно від їх вмісту, поділяють на 3 основні групи: макроелементи , мікроелементи і ультрамікроелементи .

Макроелементи.

Макроелементи у значних кількостях представлені в живих організмах, починаючи від сотих часток відсотка до десятків відсотків. Якщо вміст будь-якої хімічної речовини в організмі перевищує 0.005% маси тіла, така речовина відносять до макроелементів. Вони входять до складу основних тканин: крові, кісток та м'язів. До них належать, наприклад, такі хімічні елементи: водень, кисень, вуглець, азот, фосфор, сірка, натрій, кальцій, калій, хлор. Макроелементи у сумі становлять близько 99% від маси живих клітин, причому більшість (98%) посідає саме водень, кисень, вуглець і азот.

У таблиці нижче представлені основні макроелементи в організмі:

Для всіх чотирьох найпоширеніших у живих організмах елементів (це водень, кисень, вуглець, азот, як було сказано раніше) характерна одна загальна властивість. Цим елементам не вистачає одного або кількох електронів на зовнішній орбіті для створення стабільних електронних зв'язків. Так, атому водню для утворення стабільного електронного зв'язку не вистачає одного електрона на зовнішній орбіті, атомів кисню, азоту та вуглецю — двох, трьох та чотирьох електронів відповідно. У зв'язку з цим ці хімічні елементи легко утворюють ковалентні зв'язки за рахунок парування електронів, і можуть легко взаємодіяти один з одним, заповнюючи свої зовнішні електронні оболонки. Крім цього, кисень, вуглець і азот можуть утворювати не лише одинарні, а й подвійні зв'язки. Внаслідок чого суттєво збільшується кількість хімічних сполук, які можуть утворюватися з цих елементів.

Крім того, вуглець, водень та кисень - найлегші серед елементів, здатних утворювати ковалентні зв'язки. Тому вони виявилися найбільш підходящими для утворення сполук, що входять до складу живої матерії. Необхідно відзначити окремо ще одну важливу властивість атомів вуглецю — здатність утворювати ковалентні зв'язки разом із чотирма іншими атомами вуглецю. Завдяки цій здатності створюються каркаси з безлічі різноманітних органічних молекул.

Мікроелементи.

Хоча зміст мікроелементів не перевищує 0,005% для кожного окремого елемента, а в сумі вони складають лише близько 1% маси клітин, мікроелементи необхідні для життєдіяльності організмів. За їх відсутності чи недостатньому змісті можуть виникати різні захворювання. Багато мікроелементів входять до складу небілкових груп ферментів і необхідні для здійснення їхньої каталітичної функції.
Наприклад, залізо є складовою гема, який входить до складу цитохромів, що є компонентами ланцюга переносу електронів, і гемоглобіну - білка, який забезпечує транспорт кисню від легень до тканин. Дефіцит заліза в людини викликає розвиток анемії. Нестача йоду, що входить до складу гормону щитовидної залози — тироксину, призводить до виникнення захворювань, пов'язаних з недостатністю цього гормону, таких як ендемічний зоб або кретинізм.

Приклади мікроелементів представлені в таблиці нижче:

Ультрамікроелементи.

До складу групи ультрамікроелементів входять елементи, вміст яких у організмі вкрай мало (менше 10 -12 %). До них відносяться бром, золото, селен, срібло, ванадій та багато інших елементів. Більшість їх також необхідні нормального функціонування живих організмів. Наприклад, брак селену може призвести до виникнення ракових захворювань, а недолік бору – причина деяких захворювань рослин. Багато елементів цієї групи, як і мікроелементи, входять до складу ферментів.

Хімічний склад клітин

Макроелементи, їх роль клітині. У клітинах різних організмів виявлено близько 70 елементів періодичної системи елементів Д. І. Менделєєва, але лише 24 з них мають цілком встановлене значення і зустрічаються постійно у всіх типах легень.

Найбільша питома вага в елементному складі клітини посідає кисень, вуглець, водень і азот. Це звані основні, чи біогенні, елементи. Атоми цих елементів утворюють молекули всіх органічних речовин клітин; на їхню частку припадає понад 95% маси клітин, причому відносний вміст елементів у живій речовині набагато вищий, ніж у земній корі. До основних елементів органічних молекул відносяться також фосфор та сірка.

Життєво важливими є, крім того, кальцій, магній, калій, натрій та хлор (у клітинах тварин), що входять до складу клітини у вигляді іонів. Їх вміст у клітині обчислюється десятими та сотими частками відсотка. Перелічені елементи становлять групу макроелементів.

Іони кальцію беруть участь у регуляції низки клітинних процесів, зокрема м'язового скорочення та інших рухових функцій, і навіть у згортанні крові. Нерозчинні солі кальцію беруть участь у формуванні кісток і зубів, карбонат кальцію – у освіті раковин молюсків, зміцненні оболонок клітин деяких видів рослин. Концентрація іонів магнію важлива підтримки цілісності і функціонування рибосом. Крім того, магній входить до складу хлорофілу та підтримує нормальну роботу мітохондрій.

Іони калію та натрію беруть участь у підтримці певної іонної сили та створенні буферного середовища, регулюють осмотичний тиск у клітині, зумовлюють нормальний ритм серцевої діяльності, забезпечують передачу нервового імпульсу. Хлор у вигляді аніонів бере участь у створенні сольового середовища тварин організмів (для рослин хлор є мікроелементом) і крім того іноді входить до складу органічних сполук.

Мікроелементи, їх роль клітині. Інші хімічні елементи – мідь, марганець, залізо, кобальт, цинк, а також (для деяких організмів) бор, фтор, хром, селен, алюміній, кремній, молібден та йод – містяться у невеликих кількостях (не більше 0,01% маси клітин). Вони належать до групи мікроелементів.

Відсотковий вміст в організмі того чи іншого елемента аж ніяк не характеризує ступінь його важливості та необхідності в організмі. Кобальт, наприклад, входить до складу вітаміну В12, йод - до складу гормонів тироксину та тироніну, а мідь - до складу ферментів, що каталізують окисно-відновні процеси; крім того, мідь бере участь у перенесенні кисню в тканинах молюсків. Залізо є складовою комплексів, що виконують ряд життєво важливих функцій. До них відносяться, наприклад, гем гемоглобіну, деякі ферменти та переносники електронів (цитохром С).

Значна кількість ферментів з різноманітним механізмом дії містять іони цинку, марганцю, кобальту та молібдену.

Кремній зустрічається у діатомових водоростей, хвощів, губок та молюсків. У хрящах і зв'язках хребетних тварин його зміст може досягати кількох сотих часток відсотка.

Бор впливає зростання рослин, фтор входить до складу емалі зубів і кісток.

Мінеральні речовини (мінерали)- природні речовини, приблизно однорідні за хімічним складом та фізичними властивостями, що входять до складу гірських порід, руд, метеоритів (від латинського minera – руда).

Мінеральні речовини поряд з білками, жирами, вуглеводами та вітамінами є життєво важливими компонентами їжі людини, необхідними для побудови структур живих тканин та здійснення біохімічних та фізіологічних процесів, що лежать в основі життєдіяльності організму. Мінеральні речовини беруть участь у найважливіших обмінних процесах організму: водно-сольовому та кислотно-лужному. Багато ферментативних процесів в організмі неможливі без участі тих чи інших мінеральних речовин.

Організм людини отримує ці елементи з довкілля, їжі та води.

Кількісний вміст того чи іншого хімічного елемента в організмі визначається його вмістом у зовнішньому середовищі, а також властивостями самого елемента з урахуванням розчинності його сполук.

Вперше наукові основи вчення про мікроелементи нашій країні обгрунтував В. І. Вернадський (1960). Фундаментальні дослідження було проведено А.П. Виноградовим (1957) - основоположником вчення про біогеохімічні провінції та їх роль у виникненні ендемічних захворювань людини та тварин та В.В. Ковальським (1974) – основоположником геохімічної екології та біогеографії хімічних елементів.

В даний час з 92 елементів, що зустрічаються в природі, 81 хімічний елемент виявлений в організмі людини.

Мінеральні речовини становлять значну частину людського тіла за масою (в середньому в організмі близько 3 кг золи). У кістках мінеральні речовини представлені як кристалів, в м'яких тканинах - як істинного чи колоїдного розчину у поєднанні переважно з білками. Для наочності можна навести такий приклад: в організмі дорослої людини міститься близько 1 кг кальцію, 0,5 кг фосфору, по 150 г калію, натрію та хлору, 25 г магнію, 4 г заліза.

• Класифікація хімічних елементів
  • Класифікація хімічних елементів за їх біологічною значимістю.Усі хімічні елементи можна розбити на групи:
    • 12 структурних елементів, це вуглець, кисень, водень, азот, кальцій, магній, натрій, калій, сірка, фосфор, фтор та хлор.
    • 15 есенціальних (життєво необхідних) елементів – залізо, йод, мідь, цинк, кобальт, хром, молібден, нікель, ванадій, селен, марганець, миш'як, фтор, кремній, літій.
    • 2 умовно-необхідних елементи - бор та бром.
    • 4 елементи є серйозними "кандидатами на необхідність" - кадмій, свинець, алюміній та рубідій.
    • Інші 48 елементів менш значимі для організму.
  • Класифікація хімічних елементів, заснована на кількісній оцінці їхнього вмісту в організмі людини. Традиційно всі мінеральні речовини ділять на дві групи за вмістом їх в організмі людини.
    • Макроелементи.
    • Мікроелементи.

      Концентрація мікроелементів в організмі невелика. В організмі їх містяться кількості, що вимірюються міліграмами або мікрограмами. Мікроелементи - це ті мінерали, що оцінюється дієтична потреба яких зазвичай менше ніж 1 мкг/г і часто менш ніж 50 нг/г раціону для лабораторних тварин та людини.

      Незважаючи на малу потребу, ці елементи входять до складу ферментних систем як коферменти (активатори та каталізатори біохімічних процесів). До групи мікроелементів входять: цинк, йод, фтор, кремній, хром, мідь, марганець, кобальт, молібден, нікель, бор, бром, миш'як, свинець, олово, літій, кадмій, ванадій та інші речовини.

• Вплив мінеральних речовин на організм людини

  Мінеральні речовини не мають енергетичної цінності, як білки, жири та вуглеводи. Однак без них життя людини неможливе. Так само, як і за нестачі основних харчових речовин або вітамінів, при дефіциті мінеральних речовин в організмі людини виникають специфічні порушення, що призводять до характерних захворювань.

  Мікроелементи та вітаміни в певному сенсі навіть важливіші, ніж поживні речовини, бо без них останні не правильно засвоюватимуться організмом.

  Особливо важливими є мінеральні речовини дітям, у період інтенсивного зростання кісток, м'язів, внутрішніх органів. Природно, вагітні жінки та матері-годувальниці потребують підвищеного споживання мінеральних речовин. З віком потреба у мінеральних речовинах знижується.

  • Дефіцит та надлишок споживання мінеральних речовин

    Вплив мікро- та макроелементів на життєдіяльність тварин та людини активно вивчається і в медичних цілях. Будь-яка патологія, будь-яке відхилення у здоров'я біологічного організму супроводжується або дефіцитом життєво необхідних (есенціальних) елементів, або надлишком як есенціальних, так і токсичних мікроелементів. Такий дисбаланс макро- та мікроелементів отримав назву "мікроелементози".

    Починаючи з 1970-х років було багато спекулятивних заяв щодо того, що нестача мікроелементів робить значний внесок у виникнення низки хронічних захворювань. У багатьох випадках це твердження було експериментально підтверджено, проте деякі вчені і сьогодні вважають, що недостатнє споживання певного мікроелемента є значущим лише тоді, коли організм піддається стресу, який збільшує потребу в цьому мікроелементі.

    Хімічні речовини при всій своїй важливості та необхідності для організму людини здатні надавати і негативний вплив на рослини, тварин та людину, якщо концентрація їх доступних форм перевищує певні межі. Кадмій, олово, свинець та рубідій вважаються умовно необхідними, т.к. вони, мабуть, не дуже важливі для рослин і тварин і небезпечні для здоров'я людини навіть за відносно низьких концентрацій. Біологічна роль деяких мікроелементів нині мало вивчена.

    Необхідно пам'ятати про певні застереження при вживанні мінеральних комплексів (як лікарських препаратів, так і біологічно активних добавок до їжі).

    Передозування однієї мінеральної речовини може призвести до функціональних порушень та підвищеного виділення іншої мінеральної речовини. Можливий розвиток небажаних побічних ефектів. Наприклад, надлишок цинку веде до зниження рівня холестеринсодержащих ліпідів високої щільності ("хорошого" холестерину).

    Надлишок кальцію може призвести до нестачі фосфору, і навпаки.

    Надлишок молібдену зменшує вміст міді.

    Деякі мікроелементи (селен, хром, мідь) у надлишкових дозах токсичні. Особливо це стосується солей багатьох металів.

    При вживанні мінеральних речовин слід суворо дотримуватися медичних рекомендацій.

  • Дія на організм людини важких металів

    Останніми роками виділяють окремо вплив на організм людини важких металів. Важкі метали – це група хімічних елементів із відносною атомною масою понад 40.

    Поява в літературі терміна "важкі метали" була пов'язана з проявом токсичності деяких металів та небезпеки для живих організмів.

    Однак до групи "важких" увійшли і деякі мікроелементи, життєва необхідність та широкий спектр біологічної дії яких незаперечно доведені.

    "Важкі" метали - це свинець, кадмій, цинк, мідь, нікель, хром.

    Останніми роками дедалі більше підтверджується важлива біологічна роль більшості " важких " металів. Численними дослідженнями встановлено, що вплив металів дуже різноманітний і залежить від вмісту їх у навколишньому середовищі та ступеня потреби мікроорганізмів, рослин, тварин і людини.

    Вплив "важких" металів на живі організми дуже різноманітний. Це зумовлено, по-перше, хімічними особливостями металів, по-друге, ставленням до них організмів та, по-третє, умовами довкілля.

    Вже зараз у багатьох регіонах світу навколишнє середовище стає дедалі "агресивнішою" з хімічної точки зору. В останні десятиліття основними об'єктами біогеохімічних досліджень стали території промислових міст і прилеглих до них земель, особливо якщо на них вирощуються, а потім використовуються для харчування сільськогосподарські рослини.

Сучасні наукові дані про біологічну роль вивчених хімічних елементах, їх метаболізмі в організмі людини, добові норми споживання, вміст хімічних речовин у продуктах харчування представлені в окремих статтях, що описують кожен хімічний елемент. У статтях представлені дані про дефіцитні стани, що розвиваються при недостатньому споживанні даних хімічних речовин, а також реакція організму на надмірне споживання нутрієнтів.

• Макроелементи
  • Кухонна сіль

• Мікроелементи