Характеристика елементарного складу живого

Подібність хімічного складу клітин всіх організмів є доказом єдності живої природи. Разом з тим немає жодного хімічного елемента, який входить до складу живих організмів і не був би присутнім у неживій природі.

Біологічна хімія - наука, яка вивчає хімічний склад організмів, властивості і значення сполук, які входять до складу живих організмів, а також шляхи їх виникнення і перетворення, обмін речовин та енергії та розробляє засоби керування цими процесами.

Наприкінці ХІХ ст. вона стала самостійною наукою, хоча біохімічні процеси людство почало використовувати ще дуже давно (хлібопечення, виноробство, сироваріння). Поштовхом до розвитку біохімії були ряд наукових відкриттів: вивчення каталітичних реакцій (1814р.) російським хіміком К. С. Кірхгофом, одержання оцтової кислоти з мінеральних речовин (1824р.) німецьким вченим Ф. Валером, а також синтез сечовини (1828р.), відкриття теорії будови органічних сполук (1861р.) російським хіміком О.М. Бутлеровим, сформульовані основні положення поліпептидної теорії білків і визначення структури і властивостей майже всіх амінокислот (рубіж ХІХ і ХХ ст.)

Використовуючи найновіші методи дослідження біохімії у другій половині ХХ ст. досягнуто таких успіхів: вивчено будову багатьох білків, послідовність розташування амінокислот в окремих білкових молекулах (інсулін, рибонуклеаза), синтезовано білки і поліпептиди та ген кишкової палички.

Велике відкриття вторинної структури ДНК британськими мікробіологами Дж. Уотсоном і Ф. Кріком (1953р.) - ключ до розуміння принципів передачі спадкової інформації - означало народження нового напрямку у біохімії - молекулярної біології, яка вивчає молекулярні основи спадковості. Сучасна біохімія досліджує живу матерію на різних рівнях її організації: молекулярному, субклітинному, клітинному, тканинному, організмовому. Тому основні завдання біохімії :

> вивчення обміну речовин в організмі людини з метою розроблення методів боротьби з сучасними хворобами: раковими вірусними, серцево-судинними.

> розробка методик відтворення фотосинтетичних реакцій, унаслідок яких у зелених листках рослин із вуглекислого газу та води утворюються органічні речовини.

> вивчення біохімічних основ діяльності центральної нервової системи.

> відтворення у промислових умовах біохімічних реакцій, подібних до здатності деяких бактерій інтенсивно засвоювати нітроген з повітря, перетворюючи його на амінокислоти, а потім на білки.

Елементний хімічний склад живих організмів відіграє велику роль у всіх процесах життєдіяльності. Тому їх кількісний склад повинен бути сталим, щоб підтримувати гомеостаз. У клітинах живих організмів міститься понад 70 елементів періодичної системи Д. І. Менделєєва, поділяться на три групи:

1.Органогенні елементи - оксиген, гідроген, карбон, нітроген, на які припадає 98% хімічного вмісту клітини.

- Оксиген (О) - вміст у клітині - 65-75%, входить до складу молекул води і органічних сполук та забезпечує реакції окислення.

- Карбон (С) - вміст у клітині - 15-18%, входять до складу молекул органічних речовин, кісток, черепашок.

- Гідроген ( Н) - вміст у клітині - 8-10%, входить до складу молекул води та органічних сполук.

- Нітроген ( N) - вміст у клітині - 1,5-3,0, входить до складу амінокислот, білків, нуклеїнових кислот, АТФ, хлорофілу, вітамінів.

2. Макроелементи - Р, К, S, СІ, Са, Na, Mg, Fe, їх масова частка становить 1,9 %

- Фосфор (Р) - входить до складу мембранних структур клітини, білків, нуклеїнових кислот, АТФ, ферментів, кісток скелету та зубної емалі.

- Калій (К) - основний позитивно заряджений іон в організмі тварин, забезпечує транспорт речовин через клітинні мембрани, а також зумовлює нормальний ритм серцевої діяльності.

- Сульфур (S) - входить до складу амінокислот, білків, вітаміну В і деяких ферментів.

- Кальцій (Са) - входить до складу клітинної стінки рослин, кісток, зубної емалі, черепашок, активізує згортання крові, регулює скорочення м’язів, діяльність серця людини і тварин.

- Хлор (СІ) - основний негативно заряджений іон в організмі тварин та людини, входить до складу соляної кислоти шлункового соку.

- Натрій (№) - головний внутрішньоклітинний позитивно заряджений іон, забезпечує транспортування речовин через клітинні мембрани, нормальний ритм серцевої діяльності.

- Магній (Mg) - структурний компонент хлорофілу, а також кісток і зубів, активізує енергетичний обмін, синтез ДНК.

- Ферум (Не ) - входить до складу багатьох ферментів, гемоглобіну і міоглобіну, бере участь у синтезі хлорофілу, процесах дихання і фотосинтезу.

3. Мікроелементи - Zn, Mn, Со, Си, Мо, Сг, В r (всього близько 50), вміст кожного з них у клітині менший за 0,01%. Відіграють важливу роль у процесах життєдіяльності, входять до складу ферментів, гормонів, дихальних пігментів, емалі зубів.

4. Ультрамікроелементи - U, An, Ag, Ве, Яа вміст кожного з них у клітині - менш ніж 0, 001%, більшість з них визнані необхідними для життєдіяльності рослин і тварин, хоча їх фізіологічну роль в організмах поки не встановлено.

Хімічні сполуки живих організмів

Хімічні елементи в клітині входять до складу неорганічних і органічних сполук або перебувають у вигляді іонів.

До неорганічних сполук клітини належать: вода, мінеральні солі, вуглекислота, кислоти та основи.

Органічні сполуки - білки, ліпіди, вуглеводи, нуклеїнові кислоти, АТФ, вітаміни та інші органічні речовини.

Відносний вміст хімічних сполук у клітині: вода - 70-80 %, мінеральні солі - 1,0-1,5 %, білки - 10-20 %, ліпіди - 1-5%, вуглеводи - 0,2-2%, нуклеїнові кислоти -1-2%, АТФ - 0,1-0,5%.

До складу вуглеводів та ліпідів входить карбон, гідроген, оксисен; до складу білків, крім цим елементів, входить нітроген і сульфур, до складу нуклеїнових кислот АТФ - фосфор. Нерозчинні солі кальцію та фосфору забезпечують міцність кісткової тканини, катіони натрію, калію, кальцію - подразливість клітини. Ферум входить до складу гемоглобіну, магній - хлорофілу. Купрум, цинк, марганець, кобальт входить до складу активних ферментів, йод - до складу гормону щитоподібної залози - тирозину.

Співвідношення хімічних елементів у живій і неживій природі.

На атомному рівні відмінність між хімічним складом органічного і неорганічного світу відсутня. Немає жодного хімічного елемента живих організмів, який би був відсутній у неживій природі, що підтверджує єдність живої і неживої природи. Весь вихідний матеріал для побудови живих організмів надає нежива природа. Хімічний склад усіх живих організмів подібний, а у водній оболонці Землі (гідросфері) переважають гідроген і оксисен, газоподібній (атмосфері) - оксиген і нітроген, у твердій (літосфері) - силіцій і оксисен. У земній корі найбільш поширені оксисен, силіцій, алюміній і натрій - близько 90%, а у живих організмах - оксисен, карбон, гідроген, і нітроген, що становить близько 98% від маси клітини.

Усі живі організми дуже відрізняються від неорганічної природи за кількісним складом хімічних елементів. Наприклад, вміст карбону в рослинах становить близько 18%, а у грунті - менш ніж 1%, нітрогену в рослинах - до 5­6%, а у грунті - 78%, силіцію у рослинах - 5-6%, а у грунті - 33%. У деяких живих організмах нагромаджуються певні хімічні елементи: у водоростях - йод, у жовтцеві - літій, у болотній рясці - радій, у бактеріях -манган, у молюсків і ракоподібних - купрум, хребетних - ферум.

Морська вода за вмістом хімічних елементів близька до внутрішнього середовища живих організмів, а її іонний склад майже подібний до складу плазми крові, що підтверджує виникнення життя на Землі у водному середовищі Світового океану.

23.2.