Атомный и молекулярный состав живых организмов

Известно, что все живое и неживое состоит из атомов – мельчайших неделимых частиц. В живых организмах на данный момент определено только 40 наиболее легких элементов из 92 природных химических элементов, входящих в состав таблицы Д.И. Менделеева, присутствующих в земной коре. Причем из этих 40 лишь 27 участвуют в жизнедеятельности организмов, остальные элементы (например, висмут, свинец, олово, кадмий, сурьма, таллий и др.) в больших количествах могут являются токсичными. Атомный состав даже очень разных по уровню сложности организмов различается значительно меньше, чем состав любого организма отличается от состава литосферы.

На долю четырех химических элементов — С, O, H и N — приходится около 98% веса организма. Из этих элементов состоят все органические соединения, поэтому их называют

органогенами. Остальные элементы, составляющие организм, подразделяются на

макроэлементы (K, S, P, Cl, Mg, Na, Ca и Fe), которые содержатся в количестве

0.01-0.1 весовых %, и микроэлементы (Zn, Cu, I, F, Mn, B, Br, Co, Mo, Si, Ba, Se, V, Cr, Ni), содержание которых меньше 0,01%.

Например, известно, что в среднем в теле человека (массой 70 кг) на долю кислорода приходиться – 45 кг; углерода – 12,6; водорода – 7; азота – 2,1; кальция – 1,4; фосфора 0,7 кг. Калий, сера, натрий, хлор, магний, железо, фтор, кремний в сумме составляют всего лишь 0,7 кг. 

Несмотря на малые количества, микроэлементы выполняют некоторые незаменимые функции (например, входят в состав ферментов), поэтому недостаток любого из них приводит к серьезным нарушениям обмена веществ. Избыток микроэлементов столь же опасен из-за возможности их вступления в неспецифические химические реакции.

Необходимо, чтобы их концентрации были почти постоянными, т.е. менялись в очень

малых пределах от 10-4 до 10-6 долей весовых процентов. Хотя организмы обладают

способностью выведения избытка микроэлементов и тяжелых металлов, они не всегда

могут справиться с этой задачей, особенно в условиях техногенного загрязнения и все возрастающей стрессовой нагрузки.

Возникновение и существование жизни на Земле, очевидно, стало возможно лишь

благодаря уникальной способности углерода образовывать большие молекулы. Из-за малых размеров и наличия во внешней оболочке четырех электронов атом углерода может

образовывать четыре прочные ковалентные связи с другими атомами. Наиболее важное значение имеет способность атомов углерода соединяться друг с другом, образуя цепи и кольца и создавая в результате большие и сложные молекулы. До некоторой степени аналогичной способностью обладает Si, что дало повод для рассуждений о возможности существования внеземной жизни на основе соединений кремния. Однако он уступает углероду в устойчивости соединений, содержащих структуры из одинаковых атомов. После углерода наиболее длинные цепи из одинаковых атомов известны для серы.

Каждый из химических элементов имеет несколько изотопов. Они обладают почти

одинаковыми химическими свойствами, однако молекулы, содержащие легкие изотопы,

подвижнее, чем молекулы, содержащие тяжелые изотопы, и химические связи, образуемые тяжелыми изотопами, прочнее, чем такие же связи, образуемые легкими изотопами.

Поэтому молекулы, содержащие легкий изотоп, легче вступают в химические реакции и

такие процессы, как диффузия, абсорбция, испарение и т.д. В результате углерод живых

организмов оказывается обогащенным изотопом 12С по отношению к исходному для всего

живого углероду атмосферного СО2, потому что в процессе фотосинтеза растения

предпочтительно поглощают 12СО2, а органический кислород оказывается обогащен

изотопом 18О сильнее, чем вода и кислород атмосферы, но меньше, чем атмосферный

углекислый газ. Это явление называется биологическим фракционированием

изотопов.

Так же, как и по атомному составу, по содержанию основных классов молекул

различные организмы не сильно отличаются друг от друга. Если рассматривать химический состав клеток живых организмов с количественной стороны, то подсчет молекул активной цитоплазмы покажет, что большая их часть принадлежит молекулам воды и растворенным в ней неорганическим веществам. Органические вещества по числу молекул занимают меньший удельный вес, чем неорганические, но их биологическая роль огромна. Молекулы входящие в состав живых организмов по разделяют на микро-(малые) и макро-(большие) молекулы. К неорганическим молекулам относят воду и неорганические ионы. А среди органических молекул выделят  мономеры (аминокислоты, моносахариды, нуклеотиды, спирты, высшие жирные кислоты, высшие карбоновые кислоты и др.)  и полимеры (белки, углеводы или полисахариды, нуклеиновые кислоты, липиды).

You can follow any responses to this entry through the RSS 2.0 feed.
Both comments and pings are currently closed.

Comments are closed.