Е.В. Логинова, П.С. Лопух
Гидроэкология: курс лекций
Минск: БГУ, 2011.– 300 с.
Глава 11. Неорганические вещества в водной среде
11.1. Классификация химических элементов
Минеральный состав современных организмов складывался
под воздействием двух процессов. С одной стороны, это эволюция состава гидро- и
литосферы, характеризующаяся постоянным сдвигом соотношения химических
элементов из-за выщелачивания, вулканической деятельности. С другой стороны,
это “необходимое” для организма генетическое контролирование уже имеющихся
внутри него на том или ином этапе соотношений, ведь, по словам знаменитого
К.Бернара, “постоянство внутренней среды – необходимое условие свободной
жизни организма”. История взаимоотношений среда – организм исполнена
драматизма. Лишь изучив прошлое организмов, их эволюцию и адаптацию к
меняющейся геохимической среде обитания, вымирание и расцвет отдельных видов,
родов и семейств растений и животных, мы сможем грамотно ориентироваться в
настоящем, решать актуальные проблемы медицины, экологии и проблемы,
сопряженные с ними.
В настоящее время есть множество классификаций элементов
по их отношению к живым организмам – деление на биогенные и абиогенные, на
макро-, микро- и, а теперь уже и ультрамикроэлементы, на ятрогенные (т.е. вроде
бы и нужные, но вредящие), эссенциальные (жизненно важные) и условно
эссенциальные, на токсичные и условно токсичные.
Общее число элементов, определяемых как жизненно
важные, варьирует у разных авторов в весьма широких пределах. Например, один из
классиков биохимии А.Ленинджер полагает, что таковых лишь 22 (табл.11.1), да и
то, с его точки зрения, только 16 из них (выделенные в таблице курсивом)
встречаются во всех классах организмов.
Таблица 11.1
Жизненно важные элементы, входящие в состав организмов
Элементы, входящие в состав органических веществ
|
Одноатомные
ионы
|
Элементы, обнаруживаемые
в следовых количествах
|
Кислород
|
Натрий
|
Марганец
|
Алюминий
|
Углерод
|
Калий
|
Железо
|
Ванадий
|
Азот
|
Магний
|
Кобальт
|
Молибден
|
Водород
|
Кальций
|
Медь
|
Йод
|
Фосфор
|
Хлор
|
Цинк
|
Кремний
|
Сера
|
–
|
Бор
|
–
|
Согласно классификации П.Аггетта к четырем органогенам
(кислород, углерод, водород и азот) и семи макроэлементам (фосфор, сера,
натрий, калий, магний, кальций, хлор) как важнейшим эссенциальным элементам
следует добавить еще девять: железо, медь, цинк, марганец, хром, селен,
молибден, йод, кобальт. Всего жизненно важных элементов – 20.
Один из выдающихся специалистов по микроэлементам
В.Мерц предлагает к 11 органогенам и макроэлементам (о количественном и
качественной составе этой группы, по сути, никто не спорит) добавить следующие
элементы, избыток или дефицит которых имеет значение для здоровья человека:
железо, медь, цинк, хром, селен, молибден, йод, кадмий, свинец и ртуть. Таким
образом, всего получается 21, но состав группы другой.
Согласно более широкой трактовке, предлагаемой Анке, к
эссенциальным микроэлементам наряду с “классическими” эссенциальными элементами
Аггетта следует отнести “новые” эссенциальные: фтор, кремний, олово, ванадий,
никель, мышьяк, кадмий, литий, свинец. Всего их будет 29.
Брэйн-элементы.
Имеется целая группа элементов с
неизведанными функциями. С достаточно большой степенью осторожности можно
говорить об их взаимосвязи с интеллектуальными возможностями человека.
Прежде всего, обращает на себя внимание их
относительно высокая концентрация в головном мозге человека, органе, который
является одним из наиболее оберегаемых в организме. Так, необъяснимо
относительно высокое содержание в головном мозге золота (2,54 мкмоль/кг сухой
массы), таллия (2,44 мкмоль/кг, тогда как в других органах – не более 1,96
мкмоль/кг), олова (16 мкмоль/кг, что на порядок превышает его содержание в
других органах) и некоторых других элементов.
Элементы нейтральные и агрессивные. Существует
также классификация абиогенных элементов на агрессивные, нейтральные и
элементы-конкуренты.
В таблице 11.2 приводятся обобщенные данные относительно
эволюционно-генетического подхода к изучению спектра химических элементов,
участвующих в метаболизме человека и высших млекопитающих, в частности, данные
о том, на каких этапах развития живого вещества те или иные элементы в него
включались и занимали главенствующее или второстепенное положение.
Таблица 11.2
Биогенная классификация химических элементов
Тип
|
Группа
|
Название
|
Примечание
|
Биогенные
|
Первоэлементы
|
Водород,
углерод, кислород, азот
|
Каркасные
элементы органических молекул, возникших еще в докембрии. Составляющие
большинства аминокислот
|
Фосфор,
сера
|
Непременные
участники белковых молекул, ДНК и РНК. Создатели первичной, доклеточной жизни
|
Макроэлементы
|
Калий,
натрий, кальций, магний, хлор, кремний.
|
Элементы
буферной системы первых одноклеточных организмов и клеточного потенциала.
Первые элементы скелетного аппарата простейших организмов
|
Эссенциальные
микроэлементы
|
Железо,
медь, цинк, марганец, хром, селен, молибден, йод, кобальт, фтор.
|
Включились
в метаболизм с возникновением кровеносной системы. Участвуют в
окислительно-восстановительных реакциях. Составляющие коферментов организма
|
Условно
эссенциальные микроэлементы
|
Мышьяк,
бром, литий, никель, ванадий, кадмий, свинец.
|
Узкоспециализированная
группа элементов, “работающая” не у всех видов организмов. Некоторые входят в
состав коферментов
|
Брэйн-элементы
|
(Золото,
олово, таллий, теллур, германий, галлий)
|
Предположительно,
участвуют в проводимости импульсов головного мозга млекопитающих. Очевидно,
включились в метаболизм в четвертичном периоде
|
Абиогенные
|
Нейтральные
|
Алюминий,
титан, рубидий
|
Не
заняли своего места в метаболизме животных из-за слабой реакционной
способности, несмотря на широкую распространенность в литосфере
|
Конкуренты
|
Барий,
стронций, цезий
|
Участвовали
в метаболизме морских форм организмов, что и определило их дальнейшую конкуренцию
в метаболизме сухопутных видов (ведущую к патологии)
|
Агрессивные
|
Ртуть,
бериллий, осмий, висмут
|
Элементы
поздней вулканической деятельности. В связи с тем, что не нашли места в
метаболизме организмов, вредны в малых дозах
|
|