Биогенные элементы. Критерии биогенности

Биогенные элементы – элементы, необходимые для построения и функционирования различных клеток

Критерии биогенности

1. Распространенность элемента в природе.
Биосфера – часть земной оболочки, занятая растительными

Живые организмы активно участвуют в перераспределении элементов в земной коре,
например,

Распространенность элементов в земной коре различна.
На долю 18 элементов приходится

Исследования показали, что в живых организмах присутствуют все те же элементы,

Чем выше содержание элемента в природе, тем больше его в организме.

Однако, данная закономерность соблюдается не всегда.
Так, в земной коре содержится

Наблюдается и обратная картина:
Биологическое концентрирование –
увеличенное содержание

В результате естественного отбора основой живых систем стали
6 элементов-органогенов: углерод,

Таблица 1

2. Растворимость соединений элемента в воде
Чем лучше растворимость природных

Таблица 2

3. Размеры атомов

Чем меньше порядковый номер элемента, тем больше его

Таблица 3

99% массы организма составляют элементы с порядковым номером <20.

4.Способность приобретать устойчивую электронную конфигурацию

Эта способность является причиной прочности связей элемента

Элементы 1-3-й групп ПСЭ отдают 1-3 электрона:

Na 1s22s22p63s1-1e→Na+ 1s22s22p6 –
устойчивая

Элементы 4-7-й групп ПСЭ принимают 4-1 электрона:
Cl 1s22s22p63s23p5 +1e→Cl- 1s22s22p63s23p6
–

5. Способность к образованию прочных полярных ковалентных связей, кратных связей, созданию

У их аналогов из 3-го периода – Si, P, S

6. Склонность к комплексообразованию

максимальна для d-элементов, имеющих большой заряд ядра и

Катионы “металлов жизни”- Fe, Zn, Cu, Co, Mn, Mo – in

Классификация биогенных элементов

1. По положению в ПСЭ:
s-элементы: K, Na, Ca, Mg;
p-элементы:

2. По биороли (классификация Ковальского):
-жизненно необходимые, дефицит которых приводит к нарушению

-примесные, присутствуют в организме, но их биороль мало выяснена или

3. По среднему содержанию в организме:

-макроэлементы, их ω>10-2%:
O,

-микроэлементы, их ω<10-2%:
Fe, Zn, Mo, Mn, Cu, Co, F,

Функции макроэлементов:

Построение тканей.
Поддержание постоянных:
-осмотического давления ( осмотического гомеостаза);
-электролитного состава;
-рН (кислотно-основного гомеостаза).

Функции микроэлементов. Микроэлементы входят в состав витаминов, гормонов, ферментов в качестве комплексообразователей

Топография биогенных элементов
Распределение элементов в органах и тканях различно.
Большинство

Элементы могут проявлять специфическое сродство к некоторым органам и содержаться

Таблица 4

Макроэлементы О и Н входят в состав воды:ω(Н2О)=65%,
она

Таблица 5

Макроэлементы O, C, H, N, P, S входят в состав

При заболеваниях происходит изменение содержания элементов. Например, при рахите нарушается

В организме с участием гормонов поддерживается оптимальный баланс концентраций биогенных

Рис.1 Кривая зависимости реакции организма от концентрации элементов в пище

Чем больше горизонтальный участок кривой, тем больше область концентраций, соответствующих

Узкое плато свидетельствует о высокой токсичности элемента и резком переходе

Значительное увеличение концентраций таких микроэлементов может привести к летальному исходу (Hg

Синергизм и антагонизм действия элементов

Сходство и различие биологического действия элементов связано

Синергизм – усиление биологической активности замещаемого элемента
Антагонизм – угнетение активности.

Примеры:

1. Вe 2+ и Mg 2+ сходны по химическим характеристикам: ⇒Ве

2. Са 2+ и Sr 2+ сходны по строению, взаимозамещаемы:

3. Mg 2+ и Mn 2+ - синергисты, активируют одни

4. d-Элементы IV периода: Mn 2+ , Fe 2+ ,

Эндемические заболевания (микроэлементозы)
Биогеохимические провинции – территории, в почвах и водоемах

Поскольку содержание элемента в земной коре и в организме человека

Таблица 6