Въведение

biochemistryНаука за химичния състав, свойства, обмяна на веществата и енергията в живите организми. Биохимията изучава животът на молекулно ниво. За живота както и за други феномени не е възможно да се даде прецизна дефиниция. Norman Нorowitz предлага следните критерии за живите организми: Животът обхваща свойствата на репликация, катализа и променливост, тези свойства са характерни за почти всички живи организми. Всички биологични процеси са химични трансформации.

БИОГЕННИ ЕЛЕМЕНТИ

От познатите химични елементи 90% от тях са намерени в природата, а по-голямата част от тях се намират в биосферата, но за живата материя са от значение сравнително малък брой химични елементи – C, H, O, N, S, P, Cl, Na, K, Ca, Mg, Zn, Fe, Cu, Co, Mo, J.
Според количественото си съдържание в организмите биогенните елементи се разделят на 2 големи групи: Макро и Микро елементи;

МАКРО ЕЛЕМЕНТИ

Съставляват приблизително 99% от елементите от биосферата 6 от тях играят изключително важна роля за живите организми – C, H, N, O, P, S ; те изграждат всички биологични макромолекули, централно място заема въглерода (С). Сравнително малкия му атомен радиус и междинната му електроотрицателност определя образуването на типичните ковалентни връзки. Не по-малка е и ролята на кислорода (О) той образува единични или двойни връзки поради по-високата си електроотрицателност. Връзките му с въглерода са типично полярни (нуклеофилни заместителни реакции)
Азота (N) също образува ковалентни връзки в органичните съединения. Особено важна роля на неподелената свободна електронна двойка на N. Taзи електронна двойка придава по-голяма или по малка степен основен характер. Органогенните елементи фосфор (Р) и сяра (S) образуват връзки със значително по-ниска здравина. С участие на фосфора се образуват т.нар макроергични съединения (АТФ). А със сярата (ацетил-КоА). Ако може да се твърди, че въглеродните атоми изграждат скелет на всички биогенни молекули то най-малкия органогенен елемент водорода (Н) запълва празнините в този скелет, като образува водородни връзки с по-електроотрицателните елементи кислород (О) и азот (N). Водорода участва при формирането на вторичните и третичните структури на биогенните макромолекули. Освен водата, която е основна среда в организма в състава й участват неорганични съединения под формата на йони – H , OH, H2PO-4, HPO2-4, PO3-4, HCO-3, CO2-3, SO2-4, NH 4;
Освен органогенните елементи, които изграждат цялата структура на клетката останалите елементи предимно са съсредоточени в определени органи. В тези органи те изпълняват специфични функции – Na и K се срещат в организма само като катиони и те образуват йонни връзки за разлика от по-горе споменатите елементи. Докато Na се съдържа в извън клетъчната течност то K се намира в клетката. По-този начин те участват в подържането на осмотично налягане от двете страни на клетъчната мембрана. Калция(Са) и магнезия (Mg) имат склонност към образуване на комплекси съединения, Са участва в клетните образувания в организма и изпълнява специфични функции при контракция на мускулите. Магнезия участва като активен център в много фосфатази.

МИКРО ЕЛЕМЕНТИ

Общото количество на микро елементите в биосферата е около 1%. Забелязано е тясна връзка между заниженото или повишено съдържание на даден микроелемент в определен орган и появата на характерно заболяване. Например намаленото съдържание на йод в щитовидната жлеза води до болестта „Гуша” и Кретенизъм – умствена недостатъчност. Действието на микроелементите е в тясна свръзка с това на хормоните, ензимите и витамините т.е микро елементите участват преди всичко в регулаторните механизми на организма. Особено важно е участието на желязото – характерна структурна единица Fe – в профинилов комплекс. Този комплекс участва в изграждането на хемоглобина – приносител на кислород или в цитохромни системи, участващ в окислително-редукционни комплекси. Съдържанието на желязо е около 5g на 70kg тегло, 70% участва в хемоглобина а останалата част(30%) е разпределена предимно в черния дроб, бъбреците и кръвния серум. Общото съдържание на цинк (Zn) e около 3g за 70kg тегло. Богати на цинк са жлезите с вътрешна секреция особено половите!, черния дроб и тъканите на окото. Цинка е активен център в ензимите: Алкохолдехидрогеназа, Карбоксилпентидаза и Карбоанхидраза. Богати на мед (Cu) са черният дроб надбъбречна жлеза и сивото вещество на главния мозък. Медта лесно преминава от първа във втора валентност и обратното и по тази причина тя участва в редокси процесите.
Мангана (Mn) влиза в състава на различните ензими и предимно той изпълнява активаторна функция. Съдържанието на кобалт (Со) е твърде ниско, богати на кобалт са жлезите с вътрешна секреция и кърмата. Той е съставна част от витамин В12. Редица заболявания като анемия, хепатит са свързани с нарушената обмяна на кобалта в организма. Някой елементи в много-ниска концентрация проявяват токсично действие!

ТОКСИЧНИ ЕЛЕМЕНТИ

Алуминий(Al) – Причинява анемия тъй като измества желязото от неговите съединения. Той измества и калия от съединенията му като образува по-стабилни връзки със същите лиганди.

Арсен(As) – Арсен в пета валентност симулира фосфор в пета валентност. Арсена взаимодейства с тиолите или силго групите от протеините и инхибира ензимните системи.
Берилий(Be) – Най-токсичния елемент! Измества магнезия от всичките му съединения. Свързва се много здраво с нуклеиновите киселини.

Кадмий(Cd) – Измества цинка от всичките му съединения.
Живак(Hg) – Акумулира се от черния дроб, бъбреците и мозъка, нарушава техните функции.
Олово(Pb) – Образува здрави връзки в –SH групите и инхибира ензимите.
Стронций(Sr) – Симулира калция
Талий(Tl) – Нервотоксичен! Стабилен йон, измества калия от съединенията му и нарушава биологичните функции.

Автори:
Проф. дбн. И.Минков
Йонко Петров Данчев

предишна статияВъзобновяемо гориво по американски
Следваща статия“Марина” на Карлос Руис Сафон