Из известных в настоящее время химических элементов свыше 80 входят в состав живых организмов приблизительно 24 находятся во всех типах клеток. Среди них встречаются как металлы, так и неметаллы. В растения химические элементы поступают из почвы и воды, в организм животных и человека – с водой и пищей. В живых организмах накапливаются преимущественно химические элементы, которые находятся в окружающей среде в форме подвижных, легко усваиваемых (водорастворимых) соединений. Многие входят в состав металлоферментов(Zn, Mn, Co), витаминов, гормонов (Zn и Co в инсулине), дыхательных пигментов (Fe, Cu). Химические элементы влияют на обмен веществ, рост у растений (B, Mn, Zn, Cu), животных (Mn, Zn, I) и размножение у растений (Mn, Cu, Mo), у животных (Mn, Zn,), кроветворение (Fe, Cu, Co), на процессы тканевого дыхания (Zn, Cu). Биологический эффект того или иного элемента зависит от присутствия в организме других химических элементов: так кобальт эффективно действует на кроветворение при наличии в организме достаточных количеств Fe и Cu.
По содержанию элементы, входящие в состав клетки, можно разделить на следующие группы: макроэлементы, микроэлементы, ультрамикроэлементы.
1. Макроэлементы составляют 99,99%. Химические элементы принимают участие в процессах обмена и обладают большой биологической активностью.
Среди макроэлементов выделяют группу б и о г е н н ы х в сумме эти элементы составляют более 98% от общей живой массы, на долю остальных элементов приходится менее 2% массы. Биогенные - это четыре элемента 02, С, Н, N они являются универсальными компонентами органических соединений и входят в состав белков, нуклеиновых кислот – субстрата жизни, углеводов, жиров. Их биологическое значение связано в основном с их валентностью, равной соответственно 1,2,3,4, а также с их способностью образовывать более прочные ковалентные связи, нежели связи, образуемые, другими элементами той же валентностью.
Химический состав клеток растений и животных показывает, что в среднем на долю кислорода в среднем приходится 65 - 70%, углерода 15 - 18%, водорода 8 -10%, азота 1,5 – 3,0%.
Затем среди макроэлементов следуют восемь на долю которых приходится от 0,1 до 0, 01%:
фосфор, калий, сера, кальций, входящие в состав живых организмов в десятых долях процентов (0,1%),
хлор, магний, натрий, железо составляют сотые доли процента (0,01%).
Они поступают в клетку в виде солей.
2. Микроэлементы они составляют
- тысячные – 0, 0001,
- десятитысячные – 0,000001
- стотысячные – 0,0000001 доли процента.
К ним относятся: марганец, бор, цинк, медь, барий, литий, йод, кобальт, хром, фтор. Преимущественно это ионы тяжёлых металлов, составные части ферментов, гормонов.
3. Ультрамикроэлементы они составляют миллионные доли процента (следы): ртуть, золото, свинец, радий, селен, уран, цезий, бериллий.
В клетках не содержаться какие-либо особые элементы, характерные только для живой природы, что указывает на единство живой и неживой природы.
Несмотря на огромное разнообразие клеток, принадлежащим организмам разного уровня организации (прокариоты - бактерии, сине-зелёные водоросли, эукариоты - растения, грибы, животные - одноклеточные, многоклеточные, колониальные) в них обнаруживаются определённое сходство не только в строении, но в химическом составе. Это реально указывает на общность происхождения клеток.
Недостаток или избыток в организме каких-либо элементов, связанный обычно с недостатком или избытком их в почве, приводит к нарушению обмена веществ и развитию так называемых э н д е м и ч н ы х (местных) заболеваний и различного рода нарушениям.
В живой и неживой природе распространённость отдельных элементов различна. Химический состав живых организмов и окружающей среды всегда существенно отличаются. Так, кремния в почве около 33%, а в растениях лишь – 0,15%, кислорода в почве 49%, а в клетках – 70%, железа в неорганической природе (земной коре, гидросфере, атмосфере) в 300 раз больше, чем в организме, тогда как углерода, наоборот, в нас самих в 200 раз больше чем окружающей среде. Таким образом, живые организмы способны избирательно поглощать (концентрационная функция живого вещества) из окружающей среды определённые элементы. В живых организмах главным образом накапливаются элементы с низкими атомными массами. Однако некоторые элементы с высокой атомной массой так же жизненно необходимы, например – молибден.
Более значительные различия между живой и неживой природой обнаруживаются на молекулярном уровне. В живых телах, наряду с распространёнными в неживой природе неорганическими соединениями (вода, неорганические кислоты и соли), содержатся характерные только для живых организмов органические вещества (углеводы, липиды, белки, НУК, АТФ)
Так водоросли накапливают - йод, лютики – литий, ряска – радий, диатомовые водоросли и злаки – кремний, моллюски и ракообразные – медь, позвоночные – железо, некоторые бактерии – марганец.