Элементарный состав живой природы

Биогенные элементы. Элементный состав живой материи и его отличия от состава неживой природы.

БИОГЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ — химические элементы, постоянно входящие в состав организмов и выполняющие определенные биологические функции. Важнейшие биогенные элементы: кислород (О) (составляет около 70% массы организмов), углерод (C) (18%), водород (H) (10%), азот (N), бор (B), сера (S),кальций (Ca), калий (K), натрий (Na), хлор (Cl).

Молекулы, из которых состоят живые организмы, подчиняются всем известным законам химии, но, кроме того, они взаимодействуют между собой в соответствии с другой системой принципов, которой можно дать общее название — молекулярная логика живого состояния. Эти принципы вовсе не всегда представляют собой какие-то новые, до сих пор еще неизвестные физические законы или силы. Их следует рассматривать скорее как особую систему закономерностей, характеризующих природу, функции и взаимодействие биомолекул, т. е. таких молекул, которые входят в состав живых организмов. Все живые организмы содержат органические макромолекулы, построенные по общему плану. Большинство химических компонентов живых организмов представляют собой органические соединения, т. е. соединения углерода, в которых атомы углерода ковалентно связаны с другими атомами углерода, а также с атомами водорода, кислорода и азота.

Биогеохимические циклы веществ. Резервный и обменный фонды. Различные типы циклов.

Биогеохимическим циклом (БГХ-циклом) называется совокупность относительно замкнутых путей перемещения веществ через живые организмы и среду их обитания. Биогеохимические циклы называются так потому, что в их обеспечении участвуют как биологические, так и геохимические процессы.

Биогеохимические циклы. В экосистемах очень важна роль биогеохимических циклов [27]. Биогенные элементы — С, О₂, N₂, Р, S, СО₂, Н₂О и другие – в отличие от энергии удерживаются в экосистемах и совершают непрерывный круговорот из внешней среды в организмы и обратно во внешнюю среду. Эти замкнутые пути называют биогеохимическими циклами. В каждом круговороте различают два фонда: резервный, включающий большую массу движущихся веществ, в основном небиологических компонентов, и подвижный, или обменный, фонд – по характеру более активный, но менее продолжительный, отличительной особенностью которого является быстрый обмен между организмами и их непосредственным окружением.

Биогеохимические циклы можно подразделять на два типа: 1) круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере и гидросфере (океан), 2) осадочный цикл с резервным фондом в земной коре.

Из 90 с лишним элементов, встречающихся в природе, 30– 40 необходимы для живых организмов.

Биогеохимический цикл углерода.

В чем заключается проблема парникового эффекта.

В настоящее время проблема парникового эффекта является одним из наиболее глобальных экологических вопросов, стоящих перед человечеством. Суть этого явления состоит в том, что солнечное тепло остается у поверхности нашей планеты в виде оранжерейных газов. Главной причиной парникового эффектаявляется попадание в атмосферу промышленных газов.

Парниковый эффект создают углекислый газ, оксид азота, метан, хлорфторуглероды. Все эти газы — результат деятельности человека.

Сжигание топлива, автомобильные выбросы, лесные пожары, работа промышленных предприятий и повсеместная индустриализация являются причинами кислотных дождей, загрязнения воздуха, разрушения озонового слоя и его последствий, потепления климата.

С другой стороны, ряд ученых считает, что парниковый эффект всегда был присущ Земле. Но в настоящее время его масштабы приобрели угрожающие размеры вследствие смещения орбиты планеты. Последствий же парникового эффекта гораздо больше.

1. Повышенная испаряемость воды в океанах.
2. Увеличение выделения углекислого газа, метана, а также закиси азота в результате промышленной деятельности человека.
3. Быстрое таяние ледников, смена климатических зон, что приводит к уменьшению отражающей способности поверхности Земли, ледников и водоемов.
4. Разложение соединений воды и метана, которые находятся возле полюсов.
5. Замедление течений, в том числе и Гольфстрима, что может вызвать резкое похолодание в Арктике.
6. Нарушение структуры экосистемы, сокращение площади тропических лесов, исчезновение популяций многих животных, расширение среды обитания тропических микроорганизмов.

Использование инновационных подходов к организации производства поможет снизить накопление газов в атмосфере и, соответственно, влияние парникового эффекта.

Источник

Элементарный состав живых организмов

По относительному содержанию элементы, входящие в состав живых организмов, делят на три группы: макроэлементы, микроэлементы, ультрамикроэлементы.

Химические элементы, которые входят в состав живых организмов и при этом выполняют биологические функции, называют биогенными. Даже те из них, которые содержатся в клетках в ничтожно малых количествах, ничем не могут быть заменены и совершенно необходимы для жизни.

Роль биогенных элементов в живых организмах

Элемент	Символ элемента	Роль в живых организмах
Углерод	C	Входит в состав органических веществ, в форме карбонатов входит в состав раковин моллюсков, коралловых полипов, покровов тела простейших, бикарбо-натной буферной системы (HCO3 — , Н2CO3)
Кислород	O	Входит в состав воды и органических веществ
Водород	H	То же
Азот	N	Входит в состав всех аминокислот, нуклеиновых кислот, АТФ, НАД, НАДФ, ФАД
Фосфор	P	Входит в состав нуклеиновых кислот, АТФ, НАД, НАДФ, ФАД, фосфолипидов, костной ткани, эмали зубов, фосфатной буферной системы (HPO4 2- , H2PO4 — )
Сера	S	Входит в состав серосодержащих аминокислот (цистина, цистеина, метионина), инсулина, витамина B1, кофермента A, многих ферментов, участвует в формировании третичной структуры белка (образование дисульфидных связей), в бактериальном фотосинтезе (сера входит в состав бактериохлорофилла, H2S являются источником водорода), окислении соединений серы — источник энергии в хемосинтезе
Хлор	Cl	Преобладающий отрицательный ион в организме, участвует в создании мембранных потенциалов клеток, осмотического давления для поглощения растениями воды из почвы и тургорного давления для поддержания формы клетки, процессах возбуждения и торможения в нервных клетках; входит в состав соляной кислоты желудочного сока
Натрий	Na	Главный внеклеточный положительный ион, участвует в создании мембранных потенциалов клеток (в результате работы натрий-калиевого насоса), осмотического давления для поглощения растениями воды из почвы и тургорного давления для поддержания формы клетки, в поддержании сердечного ритма (вместе с ионами К + и Са 2+ )
Калий	K	Преобладающий положительный ион внутри клетки, участвует в создании мембранных потенциалов клеток (в результате работы натрий-калиевого насоса), поддержании сердечного ритма (вместе с ионами Na + и Ca 2+ ); активирует ферменты, участвующие в синтезе белка
Кальций	Ca	Входит в состав костей, зубов, раковин; участвует в регуляции избирательной проницаемости клеточной мембраны, процессах свертывания крови, поддержании сердечного ритма (вместе с ионами K + и Na 2+ ), образовании желчи; активирует ферменты при сокращении поперечно-полосатых мышечных волокон
Магний	Mg	Входит в состав хлорофилла, многих ферментов
Железо	Fe	Входит в состав гемоглобина, миоглобина, некоторых ферментов
Медь	Cu	Входит в состав некоторых ферментов
Цинк	Zn	То же
Марганец	Mn	—
Молибден	Mo	—
Кобальт	Co	Входит в состав витамина B12
Фтор	F	Входит в состав эмали зубов, костей
Йод	I	Входит в состав гормона щитовидной железы — тироксина
Бром	Br	Входит в состав витамина B1
Бор	B	Влияет на рост растений

Источник

Жизнь и химический состав живых организмов

Материалы для подготовки к ЕГЭ. Онлайн-Справочник по биологии.
1. Жизнь, её свойства и уровни организации. 2. Химический состав живых организмов.

РАЗДЕЛ I. ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ

1. Жизнь, её свойства и уровни организации.

1.1. Предмет, задачи и методы биологии

Биология (греч. bio — жизнь и logos — знание, учение, наука) — наука о живой природе. Термин «биология» предложили в 1802 г. Ж. Б. Ламарк и Г. Р. Тревиранус независимо друг от друга.

Многообразие живой природы настолько велико, что современная биология представляет собой комплекс биологических наук, значительно отличающихся одна от другой. При этом каждая имеет собственный предмет изучения, методы, цели и задачи.

Система биологических наук. Биологические науки можно разделить по направлениям исследований (табл. 1.1).

Связь биологии с другими науками. Биология принадлежит к комплексу естественных наук, то есть наук о природе, и тесно связана с другими науками:

• фундаментальными (математикой, физикой, химией);
• естественными (геологией, географией, почвоведением);
• общественными (психологией, социологией);
• прикладными (биотехнологией, бионикой, растениеводством, охраной природы).

Значение биологии.

• Биология является теоретической основой таких наук, как медицина, психология, социология.
• Биологические знания используются в пищевой промышленности, фармакологии, сельском, лесном и промысловом хозяйстве.
• Достижения биологии используются при решении глобальных проблем современности: взаимоотношения общества с окружающей средой, рационального природопользования и охраны природы, продовольственного обеспечения.

1.2. Свойства живой материи.

Отечественным учёным М. В. Волькенштейном (1965) предложено следующее определение: «Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров — белков и нуклеиновых кислот».

Однако до сих пор общепризнанного определения понятия «жизнь» не существует. Но можно выделить признаки (свойства) живой материи, отличающие её от неживой (табл. 1.3).

1.3. Уровни организации живой природы

Иерархичность организации живой материи позволяет условно подразделить её на ряд уровней. Уровень организации живой материи — это функциональное место биологической структуры определённой степени сложности в общей иерархии живого.

Выделяют следующие уровни организации живой материи (рис. 1.1, табл. 1.4).

Необходимо отметить, что биогеоценотический и биосферный уровни организации живой материи выделяют не всегда, поскольку они представлены биокосными системами, включающими не только живое вещество, но и неживое. Также часто не выделяют субклеточный и органно-тканевой уровни, включая их в клеточный и организменный соответственно.

2. Химический состав живых организмов.

Химический состав живых организмов можно выразить в двух видах — атомном и молекулярном. Атомный (элементный) состав характеризует соотношение атомов элементов, входящих в живые организмы. Молекулярный (вещественный) состав отражает соотношение молекул веществ.

2.1. Элементный состав

По относительному содержанию элементы, входящие в состав живых организмов, делят на три группы (табл. 2.1).

2.2. Молекулярный состав.

Химические элементы входят в состав клеток в виде ионов и молекул неорганических и органических веществ. Важнейшие неорганические вещества в клетке — вода и минеральные соли, важнейшие органические вещества — углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты (табл. 2.4),

Таблица 2.4. Содержание в клетке химических веществ

Вещество	Содержание, % от сырой массы
Вода	75-85
Белки	10-15
Жиры	1-5
Углеводы	0,2-2,0
Нуклеиновые кислоты	1-2
Низкомолекулярные органические соединения	0,1-0,5
Неорганические соединения	1,0-1,5

2.2.1. Неорганические вещества

Кроме того, соляная кислота входит в состав желудочного сока животных и человека, ускоряя процесс переваривания белков пищи. Остатки серной кислоты способствуют выведению чужеродных веществ из организма. Натриевые и калиевые соли азотистой и фосфорной кислот, кальциевая соль серной кислоты служат важными компонентами минерального питания растений, их вносят в почву в качестве удобрений.

2.2.2. Органические вещества

Материалы для подготовки к ЕГЭ. Онлайн-Справочник по биологии.
1. Жизнь, её свойства и уровни организации. 2. Химический состав живых организмов.

Источник