Органогены — химические элементы биосферы¶
Органогены — химические элементы, входящие в состав органических веществ живых организмов и образующие основу органической материи. К ним относятся углерод (C), водород (H), кислород (O), азот (N), сера (S) и фосфор (P). Вместе с этими элементами иногда выделяют также кремний (Si) и галогены. Органогены составляют около 98 % массы всех живых организмов и определяют структуру белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов.
¶Происхождение термина
Термин «органогены» ввёл в научный оборот немецкий химик Юстус Либих в середине XIX века. Он предложил группировать элементы по их роли в живой материи, выделив группу «органогенов» — элементов, без которых органические соединения не образуются. В русскоязычной научной традиции термин закрепился благодаря работам Владимира Вернадского, который рассматривал органогены в рамках учения о биосфере и химическом составе живого вещества.
¶Состав и характеристики
Классический набор органогенов включает шесть элементов:
| Элемент | Символ | Атомная масса | Содержание в живых организмах, % массы |
|---|---|---|---|
| Углерод | C | 12,011 | 18–20 |
| Кислород | O | 15,999 | 65–70 |
| Азот | N | 14,007 | 2–3 |
| Водород | H | 1,008 | 9–11 |
| Фосфор | P | 30,974 | 0,2–1,0 |
| Сера | S | 32,06 | 0,1–0,5 |
Углерод образует основу органической химии: его способность образовывать четыре ковалентные связи и длинные цепи и кольца определяет разнообразие органических молекул. Водород входит в состав воды и органических соединений, обеспечивая водородные связи, стабилизирующие третичную структуру белков и нуклеиновых кислот. Кислород входит в состав воды, углеводов, белков и липидов. Азот — обязательный компонент аминокислот и нуклеотидов. Фосфор входит в состав ДНК, РНК, АТФ и фосфолипидов. Сера присутствует в аминокислотах цистеине и метионине.
¶Роль в биосфере
Органогены участвуют в глобальных биогеохимических циклах. Углерод циркулирует между атмосферой (в виде CO₂), гидросферой, почвой и живыми организмами. Азот фиксируется из атмосферы азотфиксирующими бактериями и включается в аминокислоты и нуклеиновые кислоты. Фосфор, в отличие от углерода и азота, не имеет газовой фазы и циркулирует преимущественно между почвой, водой и организмами.
Вернадский подчёркивал, что органогены являются «главными строителями» живого вещества и что их распределение в литосфере, гидросфере и атмосфере существенно изменено биологическими процессами. По его оценкам, практически весь углерод и азот в земной коре прошли через живое вещество.
¶Органогены и минерогены
В работах Вернадского органогены противопоставляются минерогенам — элементам, преобладающим в неорганических соединениях (Na, Mg, Si, Cl, Ca, Fe и др.). Эта классификация позволила выделить биосферу как самостоятельную геохимическую систему, в которой химический состав определяется деятельностью живых организмов.
¶Применение
Знание о роли органогенов используется в сельском хозяйстве (подбор минеральных удобрений, содержащих N, P, K), медицине (понимание биохимии белков и нуклеиновых кислот), экологии (расчёт биогеохимических циклов) и биотехнологии. В аналитической химии определение органогенов в пробах почв, воды и организмов применяется для оценки загрязнения и продуктивности экосистем.
¶Интересные факты
- На углерод приходится около 18 % массы живых организмов, но именно он определяет структурное разнообразие органических молекул.
- Кремний, хотя и не относится к классическим органогенам, входит в состав скелетов радиолярий и диатомовых водорослей.
- В организме человека около 60 % массы — вода, что делает кислород и водород самыми массовыми органогенами.
¶Источники
- Вернадский В. И. «Биосфера» (1926)
- Вернадский В. И. «Химическое строение биосферы Земли и её окружения» (1965)
- Перельман А. И. «Геохимия»
- Голубев А. П. «Биогеохимия»
- Либих Ю. «Органическая химия в её применении к сельскому хозяйству и физиологии» (1840)