Как биохимия. Как мы уже знаем, все живые организмы состоят из клеток. Клетки , в свою очередь состоят из химических элементов. Химические элементы, без которых была бы невозможна жизнь на Земле, называются биогенными элементами .
Биогенные элементы - это химические элементы , которые входят в состав клеток организма, а также те элементы, без которых невозможна жизнедеятельность клеток: органические и неорганические вещества , полимерные и низкомолекулярные. Каждый из нас с детства знает, что человек более чем наполовину состоит из воды. Соответственно, первым и самым главным биогенным веществом является вода.
Основные химические элементы организмов:
- водород ;
- кислород ;
- фосфор ;
- сера ;
- азот ;
- углерод .
Неорганические соединения
в составе живых организмов:
- карбонаты ;
- фосфаты ;
- соли аммония ;
- сульфаты .
Также к биогенным элементам можно отнести следующие неметаллы
:
1) Йод и йодные соединения очень важны для организма, играют большую роль в обменных процессах . Йод входит в состав тироксина - гормона щитовидной железы.
2) Хлор . Анионы этого элемента поддерживают солевую среду организма на уровне, необходимом для правильной жизнедеятельности. Также входит в состав некоторых органических соединений.
3) Кремний . Входит в состав связок и хрящей (ортокремниевая кислота), служит в качестве связки в некоторых полисахаридных цепях.
4) Селен и его производные. Входят в состав некоторых ферментов (селеноцестеин).
Другие органические вещества, входящие в состав живого организма:
- Уксусный альдегид;
- Уксусная кислота;
- Этанол - является продуктом и субстратом биохимических реакций.
Не менее важными являются следующие соединения:
ГЕМ - это соединение железа с молекулой парафина;
Кобаламин - кобальтовое соединение (витамин В12).
Кальций и магний - основные металлы, которые наряду с железом чаще всего встречаются в биологических системах. Магний и его ионы играют важную роль для функционирования клетки, точнее, рибосом и синтеза белка в клетке. Также магний является частью хлорофилла . Кальций в живом организме может присутствовать в виде нерастворимых солей:
- карбонат кальция - вещество, из которого состоят раковины моллюсков;
- фосфат кальция - участвует в построении скелета.
В состав ферментов входят многие металлы 4 периода периодической системы:
1) Железо участвует в процессе насыщения клеток кислородом, являясь частью гемоглобина.
2) Ионы цинка содержатся почти во всех ферментах.
3) Марганец также входит в состав некоторых ферментов, но более важную роль играет для поддержания нормальной внешней биосферы: обеспечивает выделение кислорода в атмосферу, а также участвует в фотохимическом восстановлении воды.
4) Молибден является составной частью нитродиназа - фермента азотфиксирующих бактерий, который способствует восстановлению азота извне до аммиака.
5) Кобальт - как мы уже сказали, является частью кобаламина или витамина В12.
Низкомолекулярные соединения, которые входят в состав живых организмов:
- Аминокислоты - из них состоят белки.
- Моно и алигосахариды - из них состоят структурные ткани организмов.
- Нуклеамиды - из них состоят нуклеиновые кислоты.
- Липиды - составляющие клеточных оболочек.
Также существует множество других веществ, которые активно участвуют в жизнедеятельности живых организмов: коферменты, терпены и многие другие.
О том, что человек на 80% состоит из воды, слышали многие. Но вот на сколько процентов человек состоит из воды, на самом деле, . Всем знакомо состояние обезвоживания, которое развивается в организме летом, когда жарко, и при кишечных инфекциях, например, холере и дизентерии. Так сколько же воды в организме, на самом деле? Вот, что по этому поводу думают исследователи.
На сколько человек состоит из воды
На самом деле, соотношение воды и других веществ в организме зависит от возраста, климата, времени года, количества употребляемой жидкости в течение дня и от многих других факторов. На сколько процентов взрослый человек состоит из воды – это примерно 60%. Однако норма эта не абсолютная. Если у здорового мужчины 40 лет цифра колеблется от 62% до 70%, то у пожилого человека этот показатель снижается и составляет около 50%. Однако многое зависит от состояния, погодных условий, количества употребляемой жидкости, соли и многих продуктов питания, состояния здоровья. Зато у эмбриона тело состоит на 97% из воды. Количество этой жидкости в организме новорождённого равно 90%, у ребёнка 5 - 7 лет – 80%. Однако насколько человек состоит из воды во взрослом возрасте зависит от:
Климатических условий;
Соотношения в воде жидкости и соли. Если человек употребляет воду и солёные продукты, то соль задерживает жидкость в тканях,и её соотношение меняется;
От веса – чем он больше, тем больше воды может быть в организме;
От количества употребляемой жидкости и быстроты обмена веществ;
От времени года. Летом обезвоживание происходит быстрее, особенно, если человек много находится на солнце;
От болезней. При некоторых заболеваниях в организме воды становится больше или меньше нормы;
От физических нагрузок. После принятия ванной, посещения фитнес-зала и любой физической работы человеку нужно восстановить баланс воды в организме.
Есть и другие факторы, влияющие на процентное соотношение воды в организме.
Для чего нужна вода организму
Эта жидкость участвует во всех обменных процессах, и не важно, на сколько человек состоит из воды. Если её недостаточно в организме, появляется жажда, и человеку просто необходимо где-то найти воду или выпить иную жидкость. Обычно специалисты советуют пить в течение дня как можно больше, так как именно вода выводит различные шлаки из организма, особенно, во время болезни. Если человек начинает употреблять меньше воды обычной, простой, без дополнительных веществ, чем нужно, то он заболевает, начинает раньше времени стареть и даже может получить тепловой удар. Большая часть воды в организме содержится в головном мозге, в крови, а также в выделительной системе. Немало её и в других тканях. Показателем того, что в организме недостаточно жидкости является не только жажда, но и плохое состояние волос и кожи. После того, как вы выпили даже немного воды, вам становится намного легче.
Поэтому для здоровья не важно, на сколько человек состоит из воды, главное - выпивать её достаточное количество в течение дня. Однако нужно также употреблять мало соли, чтобы лишняя жидкость не задерживалась в тканях. Иначе токсины будут портить микрофлору организма, вызывая болезни.
Итак, средний показатель того, на сколько процентов человек состоит из воды – 60%. Однако . Всё зависит от веса, возраста и роста человека, времени года и других факторов. Главным показателем того, что воды в организме достаточно – отсутствие жажды. Если она есть, значит, воды организму недостаточно и нужно срочно восполнить её дефицит.
Организм человека — открытая биологическая система. Организм человека является системой многоуровневой. Она состоит из систем органов, каждая система органов — из органов, каждый орган — из тканей, ткани — из клеток. Каждая клетка является системой взаимосвязанных органелл.
Организм человека является открытой системой, которая постоянно обменивается веществами и энергией с окружающей средой. Из него в организм во время газообмена поступает кислород, а вместе с едой — вода и питательные вещества. Наружу организм удаляет углекислый газ, непереваренные остатки пищи, мочу, пот, секрет сальных желез.
Внешне организм получает тепловую энергию и питательные вещества (белки, жиры, углеводы), молекулы которых аккумулируют химическую энергию. Она высвобождается при реакций расщепления этих веществ в организме. Часть химической энергии расходуется на процесс его жизнедеятельности, а избыток в виде тепла возвращается во внешнюю среду.
Неорганические вещества
Среди всех неорганических веществ содержание воды в организме человека является наибольшим. Она составляет до 90% массы эмбриона и до 70% массы организма пожилого человека. Вода является растворителем, который обеспечивает транспорт веществ в организме. Растворенные в воде вещества приобретают способность к взаимодействию. Вода участвует и в процессах теплообмена между организмом и окружающей средой.
В организме человека содержится немало неорганических веществ. Одни из них присутствуют в виде молекул, как, например, соединения кальция в костях, вещества — в виде ионов. Так, ионы железа участвуют в транспорте кислорода в крови, ионы кальция необходимы для сокращения мышц, а ионы калия и натрия — для образования и передачи нервных импульсов.
Органические вещества
Молекулы многих органических веществ состоят из блоков — простых органических молекул. Такое строение имеют все белки. Они образованы из молекул аминокислот. Обычно цепочка аминокислот сворачивается в волокнистые или клубоподобные структуры. Так белковая молекула становится компактнее и занимает меньше места в клетке.
В каждом процессе, происходящем в организме, участвуют десятки, а то и сотни различных белков. Доля белков составляет более 50% сухой массы клеток. Одни белки являются строительным материалом клеток, другие работают при сокращении мышц, третьи защищают организм от инфекций. С помощью ферментов — белков-катализаторов — происходят почти все химические реакции в организме.
Сложные углеводы
Как и белки, сложные углеводы образуются из молекул-блоков. Так, блоками гликогена являются молекулы простого углевода — глюкозы. Глюкоза в организме играет роль источника энергии, а в виде гликогена создаются запасы глюкозы. В соединениях с белками и другими органическими веществами углеводы выполняют структурную функцию.
Жиры
Жиры — нерастворимые в воде органические вещества. В состав молекулы жира обычно входят молекулы глицерина и жирных кислот. Жиры образуют плазматические мембраны клеток, они накапливаются в клетках жировой ткани, которая выполняет в организме защитные функции. Так же, как и глюкоза, жиры являются источником энергии. Молекула жира запасает больше энергии, чем молекула глюкозы, однако клетка добывает энергию из жиров значительно дольше, чем из углеводов.
Если обмен веществ нарушается, то такое нарушение выражается в виде изменения химического постоянства на уровне клеток какой-либо ткани, органа, а то и организма в целом. Соответственно, проявления многих заболеваний можно характеризовать по их влиянию на изменение химических соединений на всех этих уровнях. Однако прежде чем говорить непосредственно о таких изменениях, целесообразно кратко рассмотреть химический состав органов и тканей организма человека, касаясь попутно и тех источников, того строительного материала, из которого организм черпает ресурсы и энергию, то есть пищевых веществ.
Непрерывное изнашивание человеческого организма требует соответственно постоянного обновления его составных элементов. Это объясняет постоянную потребность в притоке пищевых продуктов. За 70 лет жизни человек съедает белков более 2,5 тонны, жиров — около 2 тонн, углеводов — около 10 тонн, выпивает более 50 000 литров воды. Для всего живого характерны органические молекулы, причем в их состав в основном входят углерод, а также различные количества водорода, кислорода, азота и небольшой процент фосфора, серы, железа и некоторых других элементов. Углерод вo всех живых системах — самый важный элемент.
Клетки человеческого организма строятся, казалось бы, из простых химических компонентов — белков, углеводов, жиров, нуклеиновых кислот. Однако эти компоненты, соединяясь между собой, могут образовывать и образуют сложные комплексы. Так, во многие клеточные структуры входят липопротеиды, глюкопротеиды и др. Важным химическим компонентом жизнедеятельности всех клеток является аденозинтрифосфорная кислота — универсальный источник энергии для различных обменных процессов.
«Нарушение обмена веществ: профилактика»,
М.А.Жуковский
Необходимо учитывать, что каждое из описанных звеньев биосинтеза катализируется определенными ферментами и снабжается энергией за счет молекул АТФ. Пожалуй, здесь сразу стоит отметить возможное развитие отклонений в синтезе белка за счет нарушения в наследственной информации. Их причины могут быть различны: может быть нарушена последовательность аминокислот в молекуле ДНК, другой вариант — сама эта молекула ДНК…
Белки — основная составная часть любой живой клетки. Самая важная их функция — каталитическая, так как любая химическая реакция в клетке протекает при участии биологических катализаторов — ферментов. А любой фермент — белок. Очень важное значение имеет и структурная функция белков. Они обеспечивают воспроизводство основных структурных элементов органов и тканей. Дело в том, что белки…
Углеводы — это основное топливо для клеток. Окисляясь, углеводы высвобождают энергию, которая расходуется клеткой на все процессы жизнедеятельности. На долю углеводов приходится по калоражу около 50—60% пищевого рациона. Организм человека не способен синтезировать углеводы из неорганических веществ и получает их с различными пищевыми продуктами, главным образом растительного происхождения. В питании основным углеводом, имеющим питательную ценность,…
Как источник энергии клетками используются не только углеводы, но и жиры. При расщеплении жиров выделяется значительное ее количество. Причем энергетическая ценность жиров значительно выше, чем углеводов. Жир дает более чем в 2 раза больше калорий, чем глюкоза. Тем не менее энергетическое обеспечение организма все же в основном определяется углеводами, поскольку липиды имеют еще целый ряд…
Нуклеиновые кислоты — сравнительно недавно открытая и изученная группа соединений, играющая чрезвычайно важную роль. Эти химические соединения хранят и передают наследственную информацию. Они опосредуют синтез всех белков организма. Существует два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК). ДНК содержится преимущественно в ядре клетки, РНК — в цитоплазме и ядре. Значение нуклеиновых кислот состоит в…
Человек - уникальное существо. За долгие тысячелетия существования мы постоянно менялись. Но современным ученым так и не удалось полностью изучить наш организм. Однако кое-что все же удалось выяснить. Так, ученые смогли определить химически состав человека, узнать строение органов, систем, определить присущие потребности.
Из чего мы состоим?
С химической точки зрения в нашем организме сосредоточена почти вся таблица химических элементов Менделеева. Все эти вещества поступают с пищей, воздухом, а сами они не вырабатываются в организме. Если нарушается химический состав человека, то происходят сбои в работе тех или иных органов, систем: не растут зубы, волосы, повышается ломкость костей, нарушается обмен веществ, начинают одолевать различные болезни.
Группы веществ
Элементы химического состава человека делят на две большие группы минеральных веществ, а именно: микроэлементы, макроэлементы. К последним относятся калий, кальций, фосфор, магний, хлор и сера, а также другие вещества.
Потребности в микроэлементах ограничивается в небольших количествах. К этим веществам относят железо, йод, цинк, медь, фтор, кобальт, марганец.
Каждое вещество, входящее в химический состав человека, имеет свою функцию и предназначение, и должно поступать в определенном количестве в организм с пищей. При недостатке элементов происходят самые разные сбои в нормальном функционировании организма.
Калий
Для поддержания водно-солевого баланса человеческому организму необходим калий. Он также отвечает за укрепление иммунитета, оказывает воздействие на функционирование мышечной, сердечной и нервной систем. Чтобы восполнить химический состав организма человека калием, необходимо включить в рацион продукты, богатые этим веществом, а именно: бананы, авокадо, фасоль, горох, картофель, петрушку, изюм.
Йод
Йод оказывает тонизирующее действие на мышцы, обеспечивает нормальное функционирование щитовидной железы, принимает участие в метаболизме, способствует укреплению иммунитета, а также положительно влияет на нервную систему. В большом количестве этот микроэлемент содержится в водорослях, морской капусте, морепродуктах, в мясе и твороге, свекле, яблоках, винограде и сливах.
Кальций
Входящий в химический состав организма человека кальций отвечает за развитие зубов, укрепляет костную ткань, обеспечивает нормальное функционирование сердечной мышцы, участвует в свертываемости крови. Кальций в больших количествах содержится в лососевых, зеленых овощах, белом хлебе, молочных продуктах, сардинах.
Магний
Входящий в химический состав клеток организма человека магний оказывает воздействие на мышечные, нервные, энергетические функции. Этот элемент необходим для нормального развития костной структуры. При недостатке магния возникает хроническая усталость.
Магний содержится в бананах, отрубях, коричневом рисе, семечках, орехах, горохе.
Фосфор
Нормальное усвоение жиров, углеводов, протеина, происходит при участии фосфора. Это вещество необходимо для нормального развития костей. Если химический состав клетки человека будет нарушен, и фосфора будет поступать в недостаточном количестве, то будет развиваться слабость, боль в костях, раздражительность, беспокойство. Фосфор содержится в большом количестве в молоке, мясе, рыбе, картофеле.
Железо
При анализе химического состава крови человека ученые выявили, что в ней присутствует железо. Оно участвует в кровообразовании, обеспечивает клетки кислородом. При дефиците железа развивается усталость, железодефицитная анемия.
Чтобы восполнить железо в организме, необходимо включить в рацион печень, отруби, чернослив, хлеб из муки грубого помола, гранаты, шоколад.
Цинк
Цинк играет не последнюю роль в развитии половой системы, оказывает влияние на функционирование органов пищеварения, а также принимает участие в реализации гормональных функций, способствует заживлению ран. Больше всего цинка содержится в грибах, орехах, устрицах и семечках.
Селен
В небольших количествах нашему организму нужен селен. Этот элемент защищает клетки от разрушения, предотвращает раннее старение, замедляет развитие раковых клеток. Селен в больших количествах содержится в кокосах, морепродуктах, семечках.
Состав человеческого тела
Ученые смогли точно установить, из чего состоит человек. Химический состав нашего тела, в соответствии с данными анализа ученого-биолога Дж. Хенсона, входит 375 млн атомов водорода, 132 млн атомов кислорода и 85 млн атомов углерода, трех молекул молибдена и одного атома кобальта. Такое набор мы имеем в момент рождения. В течение жизни меняется соотношение химических веществ, увеличивается их количество, появляются новые элементы, такие как металлы, золото.
Ученый провел необычные подсчеты. В результате анализа Хенсону удалось выяснить, что в человеческом организме содержится столько кислорода, что его будет достаточно для заполнения объема, равного шести слонам, углерода - 16 килограмм. Водорода содержится столько, что можно заполнить емкость, эквивалентную объему кита, а азота - 400 литров.
Человеческое тело способно стать источником дохода. По подсчетам ученого, если среднестатистический человек на протяжении своей жизни будет сохранять ногти, то он сможет извлечь из них золото, стоимостью около десятой цента США.
Кроме золота, в теле содержится более 60 элементов. Если их выделить в чистом виде и продать на рынке, то можно заработать около пары тысяч долларов.
Другие вещества
Организм человека содержит много кислорода. Его мы получаем не только из воздуха, но и из воды. Это самый важный компонент тела, без которого невозможна жизнь.
На втором месте по количеству стоит углерод. В организме человека его содержится огромное количество. Его больше только в нефти и угле.
Примерно 10 % нашего тела - это водород. Он поступает в организм с водой, воздухом. Три процента состава - азот.
Основной частью аминокислот, коферментов является сера. Это вещество с неприятным видом и запахом содержится в человеческом организме в достаточно больших количествах. Помимо серы, мы еще состоим из другого яда - хлора, а точнее, хлорида. Этот элемент содержится в плазме крови.
При недостатке любого вещества человеческий организм перестает нормально функционировать. Так, даже сотая доля нехватки железа может привести к развитию анемии. В норме этого элемента у мужчин содержится больше, чем у женщин. Это связано не только с питанием, но и с физиологией организма: во время менструации женщины теряют значительную долю железа.
Ученые все еще не до конца уверены, что фтор необходим человеческому организму. Этот элемент содержится в большом количестве в зубах, костях. Но фтор, как и селен, очень токсичен при передозировке.