Біологічна класифікація хімічних елементів

У складі живої речовини знайдене більш 70 елементів.

Організм складається з води на 60 %, 34 % припадає на органічні речовини й 6 % – на неорганічні. Основними компонентами органічних речовин є С, Н, О. До їхнього складу входять також N, P, S. Елементи необхідні організму для побудови й життєдіяльності кліток і органів, називають біогенними (есенційними) елементами.

Для 30 елементів біогенність встановлена. Існує кілька класифікацій біогенних елементів:

За функціональною роллю біогенні елементи класифікують на:

1) органогени, в організмі їх 97,4 % (С, Н, О, N, Р, S). Для органогенів характерний утворення водорозчинних сполук, що сприяє їхньому концентруванню в живих організмах. Різноманітність біомолекул у живих організмах визначається здатністю органогенів до утворення безлічі різних хімічних звʼязків. З органогенів складаються вуглеводи, білки, жири й нуклеїнові кислоти.

2) мінеральні елементи. Вони поділяються на:

− елементи електролітного фону (Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Сl⁻). Ці йони металів становлять 99 % загального змісту металів в організмі;

− елементи – біологічно активні атоми центрів ферментів, гормонів (перехідні метали).

У людині вагою 70 кг утримується (у г): Са – 1700, K – 250, Na –70, Mg – 42, Fe – 5, Zn – 3. На частку металів доводиться 2,1 кг. В організмах обовʼязково присутні 22 мінеральних хімічних елемента.

По концентрації елементів в організмі біогенні елементи поділяють на:

1) макроелементи;

2) мікроелементи;

3) ультрамікроелементи.

Біогенні елементи, вміст яких перевищує 0,01 % від маси тіла, відносять до макроелементів. Головна функція макроелементів полягає в побудові тканин, підтримці сталості осмотичного тиску, йонного й кислотно-основного складу. До них віднесено 12 елементів: органогени, йони електролітного фону та Феруму. Вони становлять 99,99 % живого субстрату, причому, 99 % живих тканин містять тільки шість елементів: С, Н, О, N, Р, Ca. Елементи K, Na, Mg, Fe, Сl, S відносять до олігобіогенних елементів, їх вміст коливається від 0,1 до 1%.

Біогенні елементи, сумарний зміст яких становить величину порядку 0,01%, відносять до мікроелементів (МЕ). Зміст кожного з них < 0,001 % (10^–3 – 10^–5 %). Більшість мікроелементів утримується в основному в тканинах печінки. Це депо мікроелементів. Деякі мікроелементи проявляють спорідненість до певних тканин (йод – до щитовидної залози, фтор – до емалі зубів, цинк – до підшлункової залози, молібден – до нирок і т.і.). Мікроелементи, входячи до складу ферментів, гормонів, вітамінів і біологічно активних речовин у якості комплексоутворювачів або активаторів, беруть участь в обміні речовин, процесах розмноження, тканинного дихання, знешкодженні токсичних речовин. Мікроелементи активно впливають на процеси кровотворення, окиснення-відновлення, проникність судин і тканин.

Зміст мікроелeмeнтів є характерною ознакою виду й залежить від ряду умов: віку, статі, пори року й доби, умов праці, виду трудової діяльності людини, а також різних фізіологічних (вагітність, лактація) і патологічних станів. Дефіцит і надлишок мікроелементів негативно впливає на здоровʼя людини.

Елементи, зміст яких < 10^–5 %, відносять до ультрамікроелементів (УМЕ). Деякі з них постійно присутні в організмі людини F, Al, Cr, Se, і інші. Їх відносять до умовно біогенних елементів. Інші елементи (Ті, Sc, In, W, Re і ін..) виявлені в організмі, але їхня біологічна роль ще не вивчена. УМЕ діляться на ті, що акумулюються (Hg, Pb, Cd), та що й не акумулюються (Al, Ag, Go, Ti, F).

По біологічній ролі на організми розрізняють життєво-необхідні (есенційні) і токсичні елементи. Група есенційних елементів містить у собі всі макроелементи, частина микро- і ультамикроэлементов, тобто концентрації мікроелемента в організмі ще не визначає його біологічного значення.

Серед 15 життєво необхідних мікроелементів девʼять є катіонами –Са²⁺, Nа⁺, K⁺, Мg²⁺, Мn²⁺, Zn²⁺, Fе²⁺, Сu²⁺ і Со²⁺. Шість інших є аніонами або містяться в складних аніонних угрупованнях, – хлорид (Сl^–), йодид (I^–), фосфат (РO₄^3–), сульфат (SO₄^2–), молибдат (МоO₂^3–) і селеніт (SеO₂^3–).

Токсичні елементи – елементи, що виявляють негативний вплив на живі організми, наприклад Hg, Pb, Be, Сu, Cd, Сr, Ni, які конкурують у процесі комплексоутворення з біометалами й можуть їх витісняти з біокомплексів.