Обмен веществ и химия
Итак, по своей химической сути, человек, уж простите за тавтологию - это набор химических элементов, соединенных между собой в разные сложные, очень сложные и очень-очень сложные молекулы. Некоторое количество этих молекул участвует в строительстве наших организмов, а некоторые молекулы нужны лишь для того, что бы при их превращениях в другие вещества выделялась полезная и нужная энергия. Но и в том и в другом случае, каждую молекулу можно представить как набор химических элементов, из которых она состоит.
Получается, что, задачей обмена веществ будет обеспечение круговорота химических элементов из таблицы Д.И. Менделеева между нашим организмом и окружающей средой, и круговорота этих элементов внутри организма тоже. Ну, а как иначе, ведь мы не можем сунуть пальцы в розетку и зарядить подсевший аккумулятор, поэтому и приходится использовать энергию расщепления одних химических веществ и телостроительные возможности других, причем, зачастую это одни и те же химические элементы.
Так вот, далеко не всем химическим элементам посчастливилось пребывать в нашем организме, по крайней мере, в количестве, достойном для их упоминания. И хотя с учетом экологической обстановки и развития научно-технического прогресса скоро внутри нас можно будет смело добывать радиоактивные и прочие редкие элементы, все же только около 30 химических элементов занимают почетное место в составе наших человеческих тел. Количество этих элементов примерное не потому, что мне просто лень их посчитать, а потому, что ученые до сих пор никак не могут определить важность, значимость и необходимость присутствия некоторых из них. Ну, просто из-за того, что они находятся в очень малых концентрациях и непонятно толи они оказались там случайно, толи они выполняют какую-то тайную, и пока не выявленную биологическую функцию.
Впрочем, ученые договорились, что если массовая доля элемента в организме превышает 10-2 %, т.е. более 0,01%, то его следует считать макроэлементом. Если количество микроэлементов в организме колеблется между 10-3 – 10-5%, то бишь между 0,001% и 0,00001% от веса тела, то такие химические элементы считаются микроэлементами. Ну, а если их содержание даже ниже 10-5 %, то их считают ультрамикроэлементами или хренразглядишьчегоэлементами по-русски.
Не мудрено, что такие элементы как кислород (O), водород (H) и углерод (C) занимают больше всего места внутри нас. Кислорода в нас примерно 62%, углерода - 21%, и водорода - 10%.
Прикиньте, в 60 килограммовом человеке 37,2 кг кислорода, 12,6 кг углерода, 6 кг водорода, и только 4,2 кг всего остального! Так что это даже не макро, а макро-макро-макренные элементы. Ну, а что вы хотите-то? Из чего состоит вода, коей в нас более двух третей веса? Правильно, водород и кислород. Из чего состоят углеводы? Ага, кислород, водород, углерод. Жиры – кислород, водород, углерод, ну немного фосфора в фосфолипидах. Белки – углерод, кислород, водород, азот, сера. В некоторых белках по мелочи встречаются еще фосфор, йод, железо, медь…
Ну, а более мелкие макроэлементы – это азот (N) - 3%, кальций (Ca) - 2%, фосфор (Р) - 1%, калий (К) -0,23% , сера (S) -0,16%, хлор (Cl) -0,1%, натрий (Na) - 0,08%, магний (Mg) -0,027%.
Причем каждый из них необходим как воздух организму, потому что, во-первых: сам воздух состоит из некоторых них, а во вторых:
Азот - обязательный компонент белков и нуклеиновых кислот, кальций – это наши зубы и кости, фосфор - необходим для обмена жиров, синтеза крахмала и гликогена, ну и для их распада тоже. Так же много фосфора в зубах, костях, мозге и нервной ткани. Калий и натрий – парочка, составляющая основу натрие-калиевого насоса. Если этот насос сломается и перестанет работать, то клетка начнет набухать-набухать и, в конце концов, взорвется. Хлор – основной компонент желудочного сока (соляной кислоты), сера, как и азот, входит в состав белков, и является непременной составной частью клеток, ферментов и гормонов, например инсулина. Магний принимает активное участие в формировании костей, в регуляции работы нервной ткани, в углеводном и энергетическом обмене. Как видите, без них ну совсем никак не прожить! Да и без микроэлементов нашему организму тоже приходится не сладко.
К основным микроэлементам относятся:
железо (Fe), бор (B), ванадий (V), кобальт (Co), никель (Ni), медь (Cu), цинк (Zn), молибден (Mo), хром (Cr), кремний (Si), йод (I), фтор (F), селен (Se), марганец (Mn), алюминий (Al), титан (Ti), мышьяк (As), кадмий (Cd), ртуть(Hg), олово (Sn) ну и еще некоторые, большей частью металлы. Есть в нас и злато с серебром, но, слава богу, в количествах, исключающих их коммерческую добычу из наших организмов.
Все эти химические элементы регулярно с воздухом, водой и пищей поступают в наш организм, участвуют в химических реакциях и физиологических процессах. На данный момент у нас не стоит цель рассказать о тех катастрофических последствиях для нашего организма, которые наступят, если некоторые из них будут поступать в недостатке или избытке, цель в другом, показать, что в обмене веществ участвует немалое количество химических элементов и огромное количество веществ из них состоящих. И как наш организм умудряется все это отслеживать и контролировать, учитывать и подсчитывать, рассчитывать и отсчитывать, складывать и вычитать – уму непостижимо! Точнее, уму то постижимо, он наш, человечий, а вот компьютерам пока еще очень и очень далеко. Ну, вот например: не так давно ученые смогли осуществить полный химический синтез молекулы белка инсулина. На самом деле инсулин – это один из самых простейших по своему строению белков, ответственный за обмен углеводов в организме, но от этого он вовсе не менее важный, согласитесь. Так вот, молекула инсулина состоит из двух цепей. Упуская подробности, в одной цепи 21 аминокислота соединенная определенным образом и в определенной последовательности, а в другой цепи - 30 аминокислот, тоже по хитрому соединенных. Для синтеза первой цепи ученым потребовалось 89 этапов-реакций и куча времени, и на синтез второй цепи - еще 138 реакций, и еще большая куча времени. Ага, а еще потом нужно было обе эти цепи соединить друг с дружкой. В общем, попотеть пришлось «светлым головам» основательно, уж поверьте! Так вот, а в живой клетке синтез молекулы белка намного более сложной, чем простейшая молекула инсулина занимает всего… 2-3 секунды!
Продолжаем нашу беседу об обмене веществ. Так вот, весь метаболизм смело можно разделить на два взаимосвязанных, но идущих в противоположных направлениях процесса: анаболизм и катаболизм.
Не бойтесь, про анаболизм и катаболизм уже проще. Читаем>>