Биогенные элементы

Биогенные элементы — это химические элементы, которые постоянно входят в состав живых организмов и необходимы для их нормальной жизнедеятельности. Хотя в клетках можно обнаружить следы почти всех элементов окружающей среды, лишь около 20 из них считаются незаменимыми.

Ключевые элементы и их роль:

• Основные (органогены): На них приходится основная масса живого вещества.
  • Кислород (O) — около 70% массы организма, ключевой элемент воды и многих органических соединений, участник дыхания.
  • Углерод (C) — около 18%, основа всех органических молекул благодаря своей способности образовывать прочные связи.
  • Водород (H) — около 10%, входит в состав воды и всех органических веществ.
  • Азот (N) — обязательный компонент белков и нуклеиновых кислот.
• Макроэлементы: Присутствуют в значительных количествах, выполняют структурные и регуляторные функции.
  • Кальций (Ca) — компонент костей, зубов, раковин; участвует в мышечном сокращении и передаче сигналов.
  • Калий (K) и Натрий (Na) — главные ионы, отвечающие за возникновение нервных импульсов и регуляцию водно-солевого баланса.
  • Фосфор (P) — входит в состав АТФ (основной энергетической "валюты" клетки), ДНК, РНК и костной ткани.
  • Магний (Mg) — центральный атом в молекуле хлорофилла, активатор многих ферментов.
  • Сера (S) — компонент некоторых аминокислот (цистеин, метионин) и, следовательно, многих белков.
  • Хлор (Cl) — важный анион, участвующий в осморегуляции и образовании соляной кислоты в желудке.

Эти универсальные биогенные элементы встречаются в клетках всех известных организмов. Некоторые элементы необходимы лишь определённым группам: например, бор важен для растений, а ванадий — для некоторых морских животных, таких как асцидии. Академик В. И. Вернадский полагал, что все элементы, постоянно присутствующие в тканях, вероятно, выполняют какую-либо физиологическую роль.

Функции в клетке:

• Структурная: Входят в состав органических молекул (белки, нуклеиновые кислоты, липиды, углеводы) и неорганических структур (раковины, кости).
• Каталитическая: Многие металлы (железо, цинк, медь) входят в состав активных центров ферментов.
• Регуляторная: Участвуют в поддержании осмотического давления, кислотно-щелочного баланса (буферные системы), регулируют проницаемость мембран и передачу нервных импульсов.

Биогеохимический аспект:

Содержание элементов в организме зависит не только от его биологии, но и от состава окружающей среды: для растений — от концентрации солей в почве, для животных и человека — от состава пищи и воды. Различия в геологической истории разных регионов привели к формированию биогеохимических провинций — территорий с характерным избытком или недостатком тех или иных элементов. Резкий дисбаланс (дефицит или избыток) в такой провинции вызывает биогеохимические эндемии — массовые заболевания растений, животных и человека (например, эндемический зоб при недостатке йода, уровская болезнь при избытке стронция).

См. также: Микроэлементы.