Химический состав живых организмов, потребности в веществах и энергии

ЧАСТЬ 6. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ. ПОТРЕБНОСТИ В ВЕЩЕСТВАХ И ЭНЕРГИИ

Глава 6.1. Элементный состав

6.1.1. Классификации элементов, входящих в состав живых организмов. По отношению элементов к живым организмам  принято разделение их на несколько групп: 1) на биогенные и абиогенные, 2) на макро-, микро- и ультрамикроэлементы, 3) на ятрогенные (т. е. вроде бы и нужные, но вредящие), эссенциальные (жизненно важные) и условно эссенциальные, 4) на токсичные и условно токсичные. Из 92 стабильных в естественных условиях элементов в живых организмах обнаружен 81.

В таблице 1 [Бгатов А. В. Биогенная классификация химических элементов] показано содержание некоторых химических элементов в растительных и животных организмах, приведенное в перерасчете на количество молей на тонну сухого органического вещества.

Биогенные элементы − это химические элементы, постоянно входящие в состав организмов и имеющие определённое биологическое значение. К ним прежде всего следует отнести кислород (составляющий 70 % массы организмов), углерод (18 %), водород      (10 %), кальций, азот, калий, фосфор, магний, сера, хлор, натрий, железо. Эти элементы входят в состав всех живых организмов, составляют их основную массу и играют большую роль в процессах жизнедеятельности. Многие элементы имеют большое значение только для определённых групп живых существ (например, бор необходим для растений, ванадий — для асцидий). Содержание тех или иных элементов в организмах зависит не только от их видовых особенностей, но и от состава среды, пищи (так для растений − от концентрации и растворимости тех или иных почвенных солей), экологических особенностей организма и других факторов.

Биогенные элементы, в свою очередь, подразделяются на макро-, микро- и ультрамикроэлементы (таблица 2).

Так первую подгруппу биогенных элементов образуют первоэлементы, или органогены. К органогенам традиционно причисляют, учитывая их общее содержание в живом веществе (98,72 ат %), четыре элемента: кислород, углерод, водород и азот, исходя из их                                                                                                                               

                                                                                Таблица  1

Содержание некоторых химических элементов в раститель-      
ных и животных организмах, моль/т

Элемент	Наземные растения	Наземные животные
Водород	55000	70000
Углерод	37833	38750
Кислород	25625	11625
Азот	2143	7143
Кальций	450	5–212,5
Калий	360	190
Магний	132	41
Сера	106	156
Фосфор	74	548–1420
Хлор	57	79
Натрий	52	174
Кремний	7–179	4–214
Алюминий	19	0,15–3,70
Марганец	11,45	0,004
Бор	4,63	0,046
Железо	2,5	2,9
Цинк	1,53	2,45
Стронций	0,3	0,16
Рубидий	0,23	0,20
Медь	0,22	0,04
Барий	0,1	0,005
Никель	0,051	0,014
Ванадий	0,03	0,003
Фтор	0,026–2,105	7,9–26,3
Титан	0,02	0,004
Литий	0,014	0,003
Свинец	0,013	0,01
Кобальт	0,008	0,0005
Цирконий	0,007	0,003
Хром	0,0044	0,0014
Галлий	0,0008	0,00008

весовых отношений (т. е. г/т).

Эти четыре элемента идеально подходят к выполнению биологических функций, так как все они легко образуют ковалентные связи посредством спаривания электронов. Для того чтобы полностью укомплектовать свои внешние электронные оболочки и образовать таким образом стабильные ковалентные связи, водороду требуется один электрон, кислороду – два, азоту – три и углероду – четыре электрона. Эти четыре элемента могут легко реагировать друг с другом, заполняя свои внешние электронные оболочки. Таким образом с помощью одинарных и двойных связей углерод, азот и кислород могут образовывать различные химические соединения. Среди элементов, способных образовывать ковалентные связи, они самые легкие. Так как прочность ковалентной связи обратно пропорциональна атомным весам связанных с ее помощью атомов, то возможно, что живые организмы “выбрали” именно эти элементы из-за их способности формировать прочные ковалентные связи.