Статистическая и динамическая биохимия. Химический состав организмов. Элементарный состав организмов. Органический и неорганический мир по набору химических элементов отличается незначительно, поскольку неживая природа поставляет исходный материал для построения молекул живого организма. В организме человека и животных обнаружено около 70 элементов таблицы Д. И. Менделеева. Такие элементы, как кислород, углерод, водород, азот, кальций, фосфор, калий, сера, хлор, натрий, магний, цинк, железо, медь, йод, молибден, кобальт, селен, постоянно содержаться в организме животных и человека, входят в состав ферментов, гормонов, витаминов и являются незаменимыми. Однако количественное содержание химических элементов в организме не одинаково.
Относительное содержание некоторых химических элементов в организме человека (по А. Е. Строеву) Элемент H Содержание атома, % 60, 3 P Содержание атома, % 0, 134 O 25, 5 S 0, 132 C 10, 5 K 0, 036 N 2, 42 Cl 0, 032 Na 0, 73 Si 0, 0001 Ca 0, 23 Al 0, 0001
Химические элементы Макробиогенные Олигобиогенные Микробиогенные (главные) (1% и выше) Кислород, Углерод, Азот, Водород (от 0, 1 до 1%) Кальций, Фосфор, Калий, Хлор, Сера, Магний Железо (ниже 0, 01%) Цинк, Марганец, Кобальт, Медь, Бром, Йод, Молибден Ультрамикробиогенные (ниже 0, 000001%) Литий, Кремний, Олово, Кадмий, Селен, Ванадий и др.
Структура, свойства и биологические функции воды Молекула воды (H 2 O) – полярное соединение, в котором электрофильный атом кислорода притягивает спаренные электроны от атомов водорода, приобретая частичный отрицательный заряд, в то время как атомы водорода приобретают частично положительные заряды.
Молекулы (по отношению в воде) Гидрофильные (водорастворимые) Органические и неорганические соединения, диссоциирующие на ионы, биологические мономеры и биополимеры, имеющие полярные группы Гидрофобные (водонерастворимые) Соединения, молекулы которых содержат неполярные группы или цепи (триацилглицерины, стероиды и др. ) Амфифильные (от греч. «двоякий» ) Жирные кислоты, фосфолипиды и др.
Физико-химические свойства воды определяют ее биологические функции: Вода является прекрасным растворителем. Вода выполняет функцию регулятора теплового баланса организма, так как ее теплоемкость значительно превышает теплоемкость любого биологического вещества. Вода способствует сохранению внутриклеточного давления и формы клеток (тургор). В определенных биохимических процессах вода выступает в качестве субстрата.
Неорганические ионы, их свойства и биологические функции Ионы Вне клетки, % плазма Межклеточная жидкость Внутри клетки, % Катионы Na+ K+ Ca 2+ Mg 2+ 92, 7 3, 0 1, 3 94, 0 2, 7 2, 0 1, 3 7, 5 75, 0 2, 5 15, 0 76, 0 19, 0 1, 4 0, 7 2, 0 0, 6 7, 5 5, 0 50, 0 10, 0 2, 5 25, 0 Анионы Cl. HCO 3 PO 32 SO 42 органических кислот белков 69, 0 17, 0 1, 4 0, 6 2, 0 10, 0
Биологические функции катионов Транспортная – участвуют в переносе электронов и молекул простых веществ; Структурообразующая – обусловлена комплексообразующими свойствами металлов, катионы которых участвуют в образовании функционально активных структур макромолекул и надмолекулярных комплексов. Регуляторная – являются регуляторами активности ферментов. Осмотическая – регулируют осмотическое и гидроосмотическое давление. Биоэлектрическая – связана с возникновением разности потенциалов на клеточных мембранах.
Биологические функции анионов Энергетическая – участвуют в образовании главного носителя энергии в организме человека – молекулы АТФ – из АДФ и неорганических фосфатных анионов; Опорная – анион фосфора и катион кальция входят в состав гидроксилапатита и фосфата кальция костей, определяющих их механическую прочность; Синтетическая – используются для синтеза биологически активных соединений (Йод участвует в синтезе гормонов щитовидной железы).
Минеральный обмен Велика роль минеральных веществ в формировании третичной и четвертичной структур биополимеров и надмолекулярных комплексов, а с пространственной конфигурацией биополимеров связана их биологическая активность. При участии катионов железа формируется третичная структура гемоглобина, миоглобина, цитохромов класса b и с; катионы цинка участвуют в создании активной формы гормона инсулина. Катионы магния принимают участие в формировании полисомы в ходе белкового синтеза; от концентрации катионов магния зависит процесс ассоциации-диссоциации рибосомы. В ходе гликолиза катионы магния способствуют образованию ферментсубстратных комплексов за счет ионных взаимодействий с отрицательно заряженными фосфатными группами метаболитов гликолиза.
Потребность человека в минеральных веществах. На долю минеральных веществ приходится около 3% массы тела человека. Потребность в них, как и потребность в воде, зависит от возраста, пола, мышечной активности, условий окружающей среды. Элементы Кальций Фосфор Магний Натрий Калий Хлор Железо Суточная потребность, мг 800 – 1000 1200 400 – 500 4000 – 5000 3000 – 5000 – 7000 10 – 18 Элементы Цинк Марганец Кобальт Селен Медь Йод Фтор Суточная потребность, мг 10 – 15 5 – 10 0, 1 – 0, 2 0, 5 2 0, 1 – 0, 2 2– 4 Потребность в минеральных веществах в процессе систематических занятий спортом повышается. Особенно это касается тех видов спорта, занятия которыми сопровождаются обильным потоотделением. В результате повышается потребность в калии и натрии, содержание которых в суточном рационе можно увеличить на 20 – 24%.
Скачать презентацию Статистическая и динамическая биохимия Химический состав организмов Элементарный
Лекция 2 Химический состав организмов.ppt