Биологическая роль углерода и кремния

Углерод. Особенность атома углерода (равенство числа валентных орбиталей и числа валентных электронов, их близость к ядру и способ­ность образовывать прочные углеродные связи) послужила причи­ной, что именно углерод является основой многочисленных органи­ческих соединений. С биологической точки зрения углерод является органогеном номер один. По содержанию в организме человека (21,15%) углерод относится к макроэлементам. Он входит в состав всех тка­ней и клеток в форме белков, жиров, углеводов, витаминов, гормо­нов. Роль углерода в процессах биосинтеза органических веществ огромна.

Круговорот углерода в природе обусловлен переходом неоргани­ческого углерода в органический и наоборот. В клетках растений (хлоропластах) под действием солнечной энергии и хлорофилла проис­ходит синтез органических веществ:

6nCO₂ + 5nH₂O (C₆H₁₀O₅)n + 6nO₂, DH>0

В организме человека и животных происходит обратный процесс при тканевом дыхании:

(C₆H₁₀O₅)n + 6nO₂ ® 6nCO₂ + 5nH₂O, DH<0

Система Н₂СО₃–НСО₃^- является главной буферной системой плазмы крови, обеспечивающей поддержание кислотно-основного гемостаза (постоянного значения рН крови порядка 7,4).

Кремний является одним из наиболее распространенных элементов, но по содержанию в организме человека он относится к примесным элементам. В то же время это жизненно необходимый (эссенциальный) элемент. Всего в организме взрослого человека содержится около 1 г кремния. Больше всего кремния содержится в соединительных тканях: стенках аорты, трахеи, связках, костях, коже (особенно в эпидермисе), волосах и лимфоузлах. Кремний влияет на обмен липидов, на образование коллагена в костной ткани. Концентрация кремния по мере старения организма снижается, это является косвенным доказательством его роли как биоэлемента, препятствующего развитию атеросклероза. Кремний входит также в состав мукополисахаридов, образуя прочные эфирные связи, возникающие при взаимодействии ортокремневой кислоты с гидроксогруппами углеводов, т.е. идет процесс образования кремний-органических соединений:

R₁–O–Si(OH)₂–O–Si(OH)₂–O–R₂