Макро и микроэлементы металлы

Обновлено: 02.07.2024

Живые организмы имеют особый химический состав, отличающий их от объектов неживой природы. Это проявляется, прежде всего, в различиях строения и количественного соотношения химических веществ. Однако вещества, входящие в состав организмов, образованы атомами тех же химических элементов, из которых состоят объекты неживой природы. В живых организмах массовая доля одних элементов достигает 10 % и более, других содержится меньше, а некоторые присутствуют в исключительно малых количествах.

Макроэлементы . Химические элементы, содержание которых в живых организмах составляет более 0,01 %, называются макроэлементами. В живой природе наиболее распространены четыре макроэлемента: кислород (О), углерод (С), водород (Н) и азот (N). Их суммарная массовая доля превышает 98 %. Эти элементы являются основой строения органических соединений. Помимо этого, водород и кислород входят в состав воды.

Молекулы многих органических веществ также содержат атомы серы (S) и фосфора (Р). Кроме того, к макроэлементам относятся натрий (Na), калий (K), магний (Mg), кальций (Ca) и хлор (Cl).

У человека ключевую роль в осуществлении таких процессов как свертывание крови, сокращение мышц, проведение нервных импульсов и многих других, играет кальций. Совместно с фосфором этот макроэлемент обеспечивает нормальное развитие и функционирование костей и зубов. В организме взрослого человека содержится приблизительно 1,7 кг кальция, причем около 99 % — в костной ткани.

*Содержание кальция в организме регулируется рядом гормонов, причем ведущую роль играют гормоны паращитовидных и щитовидной желез.* Потребность в кальции зависит от возраста человека. Так, для взрослых людей и детей в возрасте от 4 до 8 лет она составляет 800 — 1000 мг в сутки, а для подростков — 1300 мг (подумайте почему). Довольно много кальция содержится в молочных продуктах, зерновых, бобовых, орехах, капусте. Усвоению этого важного элемента способствуют витамин D (вспомните его основные источники), молочный сахар — лактоза, а также ненасыщенные жирные кислоты, которыми богаты растительные масла, рыба, авокадо и др.

Более подробная информация о содержании макроэлементов в живых организмах и их биологической роли приведена в таблице 1.1.

Таблица 1.1. Макроэлементы

Элемент

Содержание, % 1

Биологическая роль

Является основой строения всех органических веществ

Является важнейшим компонентом костной ткани и эмали зубов, обеспечивает сокращение мышц, участвует в свертывании крови. У растений входит в состав клеточной стенки

Участвует в генерации нервных импульсов, регулирует ритм сердечной деятельности. Также участвует в процессе фотосинтеза

Участвует в генерации нервных импульсов, поддерживает нормальный ритм сердечной деятельности, влияет на синтез гормонов. Играет важную роль в водно-солевом обмене живых организмов

1 Содержание химических элементов приведено не для запоминания

Микроэлементы . Химические элементы, массовая доля которых в живых организмах не превышает 0,01 %, относятся к микроэлементам. В состав этой группы входят такие металлы, как железо (Fe), цинк (Zn), медь (Сu), марганец (Мn), кобальт (Со), а также неметаллы фтор (F), йод (I) и др.

Микроэлементы необходимы живым организмам для осуществления важнейших биохимических и физиологических процессов. Они входят в состав многих ферментов, некоторых гормонов, витаминов и других биологически активных веществ. Например, железо и медь входят в состав ферментов, обеспечивающих клеточное дыхание, а кобальт — в состав витамина В₁₂. Структурным компонентом гормона инсулина является цинк. Молекулы трийодтиронина и тироксина (важнейших гормонов щитовидной железы, регулирующих обмен веществ, рост и развитие организма) содержат атомы йода.

В организме взрослого человека содержится около 20 мг йода, из них не менее 60 % сосредоточено в щитовидной железе. Суточная потребность в йоде определяется возрастом человека, его физиологическим состоянием, массой тела и другими факторами. Для здорового взрослого человека она составляет 0,15 мг.

Интересно, что целебные свойства йода были известны за несколько тысяч лет до того, как был открыт этот химический элемент. В китайском кодексе 1567 г. до н. э. содержались рекомендации по применению морских водорослей, содержание йода в которых может достигать 1 %, для лечения заболеваний щитовидной железы.

Степень важности того или иного химического элемента для организма не определяется его массовой долей. Так, медь, содержание которой в живых организмах обычно не превышает 0,0002 %, и кобальт, массовая доля которого составляет менее 0,0001 %, абсолютно необходимы для процессов кроветворения у животных и синтеза хлорофилла у растений.

Информация о содержании биологически важных микроэлементов в живых организмах и их функциях представлена в таблице 1.2.

Таблица 1.2. Биологически важные микроэлементы

Содержание, % 1

Регулирует обмен углеводов и жиров, влияет на активность ряда ферментов. У растений стимулирует деление клеток и развитие плодов, входит в состав клеточной стенки*

Химические элементы в зависимости от содержания в живых организмах подразделяют на макроэлементы и микроэлементы. Организмы более чем на 98 % состоят из четырех макроэлементов: кислорода, углерода, водорода и азота. Каждый химический элемент выполняет определенные биологические функции. Массовая доля элемента не является показателем степени его важности для организма.

1. Укажите группу, в которой все элементы относятся к макроэлементам. В какой группе все элементы относятся к микроэлементам?

а) Железо, сера, кобальт; б) фосфор, магний, азот; в) натрий, кислород, йод; г) фтор, медь, марганец.

2. Какие химические элементы называются макроэлементами? Перечислите их. Каково значение макроэлементов для живых организмов?

3. Какие элементы составляют группу микроэлементов? Приведите примеры. В чем заключается биологическая роль микроэлементов?

4. Установите соответствие между химическим элементом и его биологической функцией:

а) участвует в синтезе гормонов растений, входит в состав инсулина

б) входит в состав гормонов щитовидной железы

в) является компонентом хлорофилла

г) входит в состав гемоцианинов некоторых беспозвоночных животных

д) необходим для мышечного сокращения и свертывания крови

е) входит в состав витамина В₁₂

5*. На основании материала о биологической роли макро- и микроэлементов и знаний, полученных при изучении организма человека в 9-м классе, объясните, к каким последствиям может привести недостаток тех или иных химических элементов в организме человека.

6*. В таблице указано содержание основных химических элементов в земной коре (по массе, в %). Сравните состав земной коры и живых организмов. Какие факты позволяют сделать вывод о единстве живой и неживой природы? В чем заключаются особенности элементарного состава живых организмов и как их можно объяснить?

Содержание, %

«Резиновые» кости

Можно ли завязать кость узлом? Давайте проверим.

Возьмите несколько костей (лучше всего подойдут куриные косточки — они более тонкие), промойте водой, а затем дайте высохнуть. Положите их в банку, залейте уксусом так, чтобы он полностью покрывал кости, и закройте крышкой. Через неделю слейте уксус, промойте кости и оцените изменения, произошедшие с ними.

● Как изменились свойства костей? С чем это связано?

● Употребление каких продуктов питания способствует поддержанию твердости и прочности костей?

Помощь растениям

Недостаток или избыток тех или иных макро- и микроэлементов часто ведет к нарушениям процессов жизнедеятельности. У растений дефицит или избыток определенных химических элементов может проявляться характерными внешними признаками. Например, при дефиците железа молодые листья становятся бледно-зелеными, при этом жилки сохраняют насыщенную зеленую окраску. При недостатке магния у краев листа и между жилками зеленая окраска меняется на желтую, красную или фиолетовую, в дальнейшем происходит отмирание тканей листа. Избыток меди приводит к появлению на нижних листьях желтых, а затем бурых пятен, а также к опадению этих листьев. При избытке хлора стебли и листья твердеют, становятся жесткими, на старых листьях появляются пурпурно-бурые пятна. Итак, нередко растения всем своим видом «просят» подкормки соответствующими удобрениями или указывают на необходимость пересадки в другую почву.

Используя дополнительную литературу и (или) интернет-источники, составьте описание типичных проявлений недостатка и избытка определенных элементов у растений . Оцените состояние ваших комнатных растений (растений школьных кабинетов и коридоров, клумб на территории школы или возле вашего дома и т. д.). Возможно, вы обнаружите некоторые из этих признаков. Однако помните, что изменение внешнего вида растений может быть обусловлено и другими причинами (неблагоприятными условиями, болезнями, вредителями и т. п.). Посоветуйтесь с родителями и учителями, попробуйте оказать помощь растениям, наблюдайте за их ростом и развитием, фотографируйте. Собранные материалы можно использовать для выступления на уроке или внеклассном мероприятии.

● Как недостаток железа или магния может быть связан с нарушением нормальной окраски листьев?

● При обнаружении признаков дефицита железа некоторые цветоводы помещают в горшок с растением гвоздь. Этот способ может оказаться эффективным, если растения произрастают на кислом или слабокислом грунте. Почему он не подходит для щелочного или слабощел очного грунта?

● Считается, что ржавый гвоздь «помогает» растению быстрее, чем незаржавевший. С чем это связано?

Макро и микроэлементы металлы

Минеральные вещества, как и витамины, являются незаменимыми питательными веществами и, хотя они и не являются источником энергии, должны поступать в организм с пищей и водой в определенных количествах.

Минеральные компоненты непосредственно задействованы во всех, без исключения, биохимических течениях в органах, воздействуя на формирование и рост, на функции оплодотворения, дыхания, гемопоэз.

Минеральные вещества подразделяются на две группы: макро- и микроэлементы. Их отличие состоит в том, что потребность человека в макроэлементах составляет от нескольких граммов до несколько миллиграммов в день, а в микроэлементах - в десятки раз меньше.

К макроэлементам относятся кальций, фосфор, магний, калий, натрий, хлор и сера, к микроэлементам - железо, медь, цинк, йод, фтор, марганец и др.

Источником большинства минеральных веществ является пища, и только хлорид натрия вводится в рацион дополнительно в химически чистом виде (поваренная соль). Разнообразное питание с использованием в достаточном количестве всех групп продуктов питания позволяет полностью обеспечить организм минеральными веществами. Для полноценной и правильной работы организма необходимо поддерживать сбалансированное их количество.

Последствия дефицита минеральных веществ

При недостаточном получении микроэлементов и макроэлементов с едой, органы и системы останавливается в формировании и развитии, расстраивается обмен веществ, ход деления клеток и трансляции генетической информации. Нехватка или излишнее получение микро — и макроэлементов, неизменно приведет к формированию аномальных трансформаций и, вполне возможно, к появлению специфических болезней - микроэлементозы. Это название связывает заболевания и симптомы, определенные недостатком, излишком или нарушением баланса микроэлементов. Несоответствующее получение микроэлементов является источником (исходя из уровня недостатка или избытка) к физиологическим трансформациям в рамках обычной регуляции, либо к существенным сбоям метаболизма, либо к появлению специфических недугов. Необходимо иметь информацию об основных минеральных веществах, о продуктах, в которых они наличествуют, об их численном содержании. Также нужно знать, какие негативные последствия несет для здоровья дефицит того или другого вещества.

Кальций - центральная составляющая в строении зубов и костной ткани. Данный макроэлемент обладает способностью координировать нервную и мышечную работу, факторы сужения и расширения сосудов, секрецию эндокринных желез, течение гемостаза.

Магний - редкостный элемент, являющийся необходимым соучастником обменной деятельности в организме. Кроме всего прочего, макроэлемент крайне важен для взаимодействия работы мышц, трансляции нервных импульсов и упорядочивании ритма сердца.

Селен - элемент, находящийся в белках, которые производят энзимы для предохранения клеток от разрушительного влияния свободных радикалов. Недостаток данного полезного микроэлемента ухудшает деятельность работы сердца, снижает иммунитет, расстраивает процесс функционирования щитовидной железы.

Цинк - незаменимый микроэлемент для правильной работы иммунной системы. Необходимое присутствие цинка в организме форсирует действие расщепления углеводов, помогает быстрому затягиванию повреждений на теле.

Йод - стержневой микроэлемент для гормонов щитовидной железы - трийодтиронина и тироксина. Только эти вещества помогают регуляции обменных функций, упорядочивают функции роста, поддерживают деятельность репродуктивной сферы.

Медь - центральная составляющая ферментов, нужных и важных для реализации функций ЦНС, урегулированию хода производства энергии и прочих процессов, для создания соединительной ткани, и выработки меланина.

Железо - база биологической структуры - гем. Он - соучастник в течение кислородного обмена и разрушении токсических элементов. Железо включено в содержание гемоглобина - белка, из которого состоят эритроциты. Без присутствия этого полезного микроэлемента дыхательная деятельность на клеточном уровне была бы невозможна.

Хром - микроэлемент увеличивает влияние инсулина и способствует толерантности к глюкозе. Признаки недостатка хрома выражаются в снижении терпимости систем к глюкозе, невропатии.

Марганец - нужен для здорового состояния костного каркаса человека, артерий, для лучшего лечения тканей организма и выработки коллагена. Марганец находится в содержании энзимов, задействованных в обменных течениях и оберегает нас от влияния свободных радикалов.

Для оптимального обеспечения здорового человека всеми необходимыми минеральными веществами необходимо разнообразно и полноценно питаться, включая все группы продуктов в свой рацион или дополнять его приемом биологически-активных добавок (после консультации со специалистом).

(c) Управление Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Республике Алтай, 2006—2015 г.

Все права на материалы, размещенные на сайте, охраняются в соответствии с законодательством РФ, в том числе об авторском праве и смежных правах.
При использовании материалов сайта необходима ссылка на источник

Адрес: 649002, Республика Алтай, г. Горно-Алтайск, проспект Коммунистический, 173

Минеральные вещества. Микроэлементы и макроэлементы

К макроэлементам относятся кальций, фосфор, магний, калий, натрий, хлор и сера, к микроэлементам - железо, медь, цинк, йод, фтор, марганец и др.

Последствия дефицита минеральных веществ.

Биология. 11 класс

§ 1. Содержание химических элементов в организме. Макро- и микроэлементы

Развеем путаницу между макро- и микроэлементами. Чем они различаются и какова их роль в нашем организме

Макроэлементы, микроэлементы, нутриенты – очень похожие слова, и мы часто видим, что их путают. В этом нет ничего стыдного, но разбираться и называть все правильно – гораздо круче.

В контексте питания часто встречается слово «нутриенты» – это все биологически значимые химические элементы, которые необходимы телу для нормальной работы.

Нутриенты разделяются на группы:

Базовые элементы – то же самое, что макронутриенты – самые значимые элементы, которые выступают ядром и каркасом организма.
Макроэлементы – содержание каждого из них больше 0,1 % массы тела. Они участвуют в ключевых функциях организма.
Жизненно важные микроэлементы – содержание каждого меньше 0,1 % массы тела, но при этом без них организм также не сможет существовать.
Прочие микроэлементы – условно жизненно необходимые, токсичные и малоизученные – ученые еще не знают, насколько они важны для организма.

Базовые элементы

Базовые элементы играют ключевую роль в организме, так как из них построены аминокислоты, жиры и азотистые основания (из них состоят молекулы ДНК и РНК).

К базовым элементам относятся кислород (65 % массы тела), углерод (18,5 %), водород (9,5 %) и азот (3,2 %). Таким образом, наш организм на 96,2 % состоит только из этих 4 элементов.

Углерод создает скелет для связывания других атомов и элементов. Фактически углерод – это строительные блоки нашего тела. Азот, водород и кислород связываются с углеродом, образуя органические вещества.

Макроэлементы

К макроэлементам относятся элементы, содержание которых превышает 0,1 % от массы тела:

кальций – 1,5 %;
фосфор – 1 %;
калий – 0,4 %;
сера – 0,3 %;
натрий – 0,2 %;
хлор – 0,2 %;
магний – 0,1 %.

Кальций

Основная роль кальция в организме человека – формирование костей и зубов. Также элемент участвует в сокращении и расширении сосудов, работе мышечной ткани и гормональной системы, передаче нервных импульсов.

Суточная потребность в кальции (согласно рекомендациям ВОЗ):

дети до 1 года – 300-400 мг;
1-3 года – 500 мг;
4-6 лет – 600 мг;
7-10 лет – 1300 мг;
юноши и девушки 11-18 лет – 1300 мг;
взрослые старше 19 лет – 1000 мг;
беременные – 1200 мг.

Лучшие источники кальция:

молочная продукция – молоко, сыры, йогурты;
зеленые овощи – брокколи, салат кейл, шпинат;
злаки, орехи, семена – миндаль, чиа, кунжут;
рыба и морепродукты – моллюски, форель, сардины.

Избыток кальция в организме называется гиперкальциемией и может проявляться в чрезмерной жажде, расстройстве желудка, боли в костях, мышечной слабости, усталости, депрессии и нарушениях работы сердца.

Дефицит кальция – гипокальциемия – выражается в виде судорог и спазмов; неврологических и психических изменениях; ухудшении состояния волос, ногтей, зубов и кожи.

Фосфор

Фосфор – структурный компонент костей и зубов, а также молекул ДНК и РНК. Элемент участвует в выработке и хранении энергии АТФ, работе кровеносной и иммунной систем. 40-70 % фосфора организм усваивает из пищи.

Суточная потребность в фосфоре:

дети 6-11 лет – 500-1250 мг;
юноши и девушки 12-19 лет – 1250 мг;
взрослые старше 19 лет – 700 мг.

Лучшие источники фосфора:

красное мясо – говядина, курица;
молочная продукция – сыры;
рыба – карп;
злаки, орехи, семена – кунжут, тыква, конопля, подсолнечник, мак.

Гиперфосфатемия – избыток фосфора в организме – часто приводит к падению уровня кальция в крови (что вызывает судороги и спазмы) или появлению отложении кальция в мягких тканях. Дефицит фосфора (гипофосфатемия) проявляется в виде общей слабости, потери аппетита, а также приводит к различным заболеваниям костей.

Калий

Ионы калия жизненно необходимы для функционирования живых клеток: элемент участвует в передаче нервных импульсов, сокращении мышц, поддержании кислотно-щелочного и водного баланса организма.

Суточная потребность в калии составляет 3,5 г для взрослых и детей всех возрастов (согласно рекомендациям ВОЗ).

Лучшие источники калия:

овощи и бобовые – помидоры, картофель, морковь, фасоль, чечевица;
молочная продукция;
морепродукты;
фрукты – банан, чернослив, апельсин.

Повышенная концентрация калия в крови (гиперкалиемия) проявляется в виде судорог, общей слабости, боли в желудке, брадикардии. При дефиците калия (гипокалиемии) отмечается быстрая утомляемость, боль в мышцах, слабость в ногах.

Сера участвует в производстве инсулина (гормона, регулирующего уровень сахара в крови), кератина (белка, из которого состоят волосы и ногти) и коллагена (белка, из которого состоят соединительные ткани – кости, сухожилия, кожа).

Для серы отсутствуют какие-либо рекомендации по суточному потреблению. Она поступает в организм в небольших объемах вместе с пищей, которая содержит незаменимую аминокислоту метионин. Суточная потребность в метионине в свою очередь составляет около 1 г.

Главный источник метионина – мясо (свинина, курица) и рыба (лосось), а также яйца, орехи и бобовые культуры.

Избыток серы в организме проявляется в виде зуда, расстройства пищеварения, красноты глаз и ослаблении слуха. Дефицит в свою очередь приводит к ломкости волос и ногтей, высыпаниям на коже.

Натрий

Натрий в организме отвечает за кровяное давление, регулирует кислотно-щелочной и водный баланс.

Суточная потребность в натрии составляет около 1,5 г, при этом настоятельно рекомендуется не превышать максимальную дозу в 2,3 г (1 чайная ложка поваренной соли). Диета с высоким содержанием натрия повышает риск развития высокого кровяного давления, которое выступает основной причиной инсульта и сердечных заболеваний.

Повышенное содержание натрия в крови – гипернатриемия – проявляется главным образом в виде жажды. Также выделяют такие признаки, как мышечные спазмы и судороги, спутанность сознания. Недостаток натрия (гипонатриемия) может вызывать головокружение и головные боли, рвоту, а также общую слабость организма.

Хлор участвует в регуляции водно-солевого обмена, помогает в работе желудочно-кишечного тракта, поддерживает кислотно-щелочной баланс в клетках.

Для хлора нет рекомендаций по суточному потреблению – большую часть элемента организм получает вместе с натрием в составе поваренной соли.

Тем не менее недостаток или избыток хлора в организме приводит к дисбалансу электролитов крови (веществ, отвечающих за проводимость электрических импульсов).

Избыток хлора в организме называется гиперхлоремией и проявляется в высоком артериальном давлении, мышечной слабости и спазмах, нарушениях сердечного ритма. Дефицит (гипохлоремия) редко возникает самостоятельно и обычно связан с гипонатриемией и гипокалиемией с соответствующими симптомами.

Магний

Магний необходим для синтеза белка и образования энергии АТФ, а также нормальной работы нервной системы, мышц и сердца.

Суточная потребность в магнии составляет:

для младенцев – 30-75 мг;
для детей от 1 до 3 лет – 80 мг;
от 4 до 8 лет – 130 мг;
от 9 до 13 лет – 240 мг;
для юношей 14-18 лет – 410 мг;
для девушек 14-18 лет – 360 мг;
для мужчин – 400-420 мг;
для женщин – 310-320 мг;
для беременных– 350-360 мг.

Лучшие источники магния:

бобовые;
темно-зеленые листовые овощи;
орехи, семена, цельнозерновые и обогащенные злаки;
рыба, птица и говядина.

При употреблении магния в форме пищевых добавок учитывайте, что в высоких дозах он может вызывать слабительный эффект.

Гипермагниемия (избыток магния в организме) проявляется в виде слабости и дезориентации, нарушении дыхания. К симптомам дефицита магния относятся судороги, головокружение и головные боли, нарушения сердечного ритма, проблемы с пищеварением.

Жизненно важные микроэлементы

К жизненно важным элементам также относятся и те, содержание которых в организме составляет менее 0,1 % от массы тела. Такие вещества называются микроэлементами, они поступают в организм с пищей и водой и участвуют в функционировании органов и систем.

Это ванадий, железо, йод, кобальт, кремний, литий, никель, марганец, медь, молибден, мышьяк, селен, фтор, хром, цинк.

Суточные нормы микроэлементов незначительны, поэтому правильное сбалансированное питание должно полностью покрывать потребности организма. Тем не менее дефицит некоторых элементов может приводить к серьезным проблемам и нарушениям функционирования организма.

Дефицит железа приводит к быстрой утомляемости и мышечной слабости.
Дефицит цинка сказывается на работе желудочно-кишечного тракта, центральной нервной, иммунной и репродуктивной систем.
Дефицит марганца нарушает структуру костной ткани и подавляет выработку коллагена при заживлении ран.
Дефицит меди проявляется в виде анемии (уменьшении содержания гемоглобина и эритроцитов в крови) и часто наблюдается параллельно с дефицитом витамина B12.
Дефицит йода приводит к нарушениям в работе щитовидной железы, а также умственным расстройствам.

Прочие микроэлементы

Остальные элементы – это условно жизненно необходимые, а также токсичные и малоизученные микроэлементы.

К первым относятся бор, бром, кадмий, свинец, стронций и титан. По ним еще накапливаются данные и доказана лишь частичная значимость для некоторых процессов организма.

К токсичным и малоизученным микроэлементам относятся 15 элементов: барий, бериллий, висмут, галлий, германий, лантан, олово, радий, рубидий, серебро, скандий, торий, уран, цезий и цирконий.

Они присутствуют в организме в очень малых количествах, и их биологическая роль не до конца ясна. Избыток некоторых элементов может оказывать вредное воздействие на организм, поэтому внимание сконцентрировано на изучении их токсичных свойств.

Напоминаем, что у нас есть раздел со скидками, в котором вы сможете найти промокоды iHerb.

Читайте также: