Состав человеческого тела - Composition of the human body

Не путать с Человеческая анатомия или же Состав тела (физическая подготовка).

Состав тела можно анализировать различными способами. Это можно сделать с точки зрения химические элементы присутствуют или по молекулярному типу, например, воды, белок, жиры (или же липиды ), гидроксилапатит (в костях), углеводы (такие как гликоген и глюкоза ) и ДНК. С точки зрения типа ткани тело может быть проанализировано на воду, жир, соединительная ткань, мышца, кость и т. д. С точки зрения клеточного типа, тело содержит сотни различных типов клеток, но в первую очередь самые крупные номер клеток, содержащихся в организме человека (хотя и не самой большой массы клеток), являются не человеческими клетками, а бактериями, обитающими в нормальном желудочно-кишечном тракте человека.

Элементы

Основные элементы, входящие в состав человеческого тела (в том числе вода).
201 Элементы человеческого тела.02.svgЭлементСимволпроцент массыпроцент атомов
КислородО65.024.0
УглеродC18.512.0
ВодородЧАС9.562.0
АзотN3.21.1
КальцийCa1.50.22
Фосфорп1.00.22
КалийK0.40.03
СераS0.30.038
НатрийNa0.20.037
ХлорCl0.20.024
МагнийMg0.10.015
Все другие< 0.1< 0.3
Круговые диаграммы типичного состава человеческого тела в процентах от массы и в процентах от атомного состава (атомный процент ).

Почти 99% массы человеческого тела состоит из шести элементов: кислород, углерод, водород, азот, кальций, и фосфор. Только около 0,85% состоит из еще пяти элементов: калий, сера, натрий, хлор, и магний. Все 11 необходимы для жизни. Остальные элементы микроэлементы, из которых более десятка считаются необходимыми для жизни на основании убедительных доказательств.[1] Вся совокупная масса микроэлементов (менее 10 граммов для человеческого тела) не соответствует массе тела магния, наименее распространенного из 11 неследных элементов.

Прочие элементы

Не все элементы, которые содержатся в организме человека в следовых количествах, играют роль в жизни. Некоторые из этих элементов считаются простыми распространенными загрязнителями, не имеющими функции (примеры: цезий, титан), в то время как многие другие считаются активными токсинами, в зависимости от количества (кадмий, ртуть, свинец, радиоактивные вещества). В людях, мышьяк токсичен, и его уровни в продуктах питания и пищевые добавки тщательно контролируются, чтобы уменьшить или исключить его потребление.[2]

Некоторые элементы (кремний, бор, никель, ванадий), вероятно, необходимы и млекопитающим, но в гораздо меньших дозах. Бром широко используется некоторыми (хотя и не всеми) низшими[требуется разъяснение ] организмов, и оппортунистически в эозинофилы в людях. Одно исследование показало, что бром необходим для синтеза коллагена IV у людей.[3] Фтор используется рядом растений для производства токсинов (см. этот элемент), но у людей действует только как местный (местный) отвердитель в зубной эмали, а не играет важную биологическую роль.[4]

Список элементного состава

Основная статья: минерал (питательное вещество)

В среднем 70 кг (150 фунтов) тело взрослого человека содержит приблизительно 7×1027 атомы и содержит как минимум обнаруживаемые следы 60 химические элементы.[5] Считается, что около 29 из этих элементов играют активную положительную роль в жизни и здоровье человека.[6]

Относительное количество каждого элемента варьируется в зависимости от человека, в основном из-за различий в пропорции жира, мышц и костей в их организме. Люди с большим количеством жира будут иметь более высокую долю углерода и более низкую долю большинства других элементов (доля водорода будет примерно такой же). Цифры в таблице являются средними значениями различных чисел, указанных в разных источниках.

В среднем в теле взрослого человека ~ 53% воды.[7] Это существенно зависит от возраста, пола и ожирения. В большой выборке взрослых людей всех возрастов и обоего пола показатель доли воды по массе составил 48 ± 6% для женщин и 58 ± 8% для мужчин.[8] Вода на ~ 11% состоит из водорода. масса но ~ 67% водорода по атомный процент, и эти числа вместе с дополнительными числами в процентах для кислорода в воде вносят наибольший вклад в общие показатели массы и атомного состава. Из-за содержания воды человеческое тело содержит больше кислорода по массе, чем любой другой элемент, но больше водорода по атомной доле, чем любой элемент.

Элементы, перечисленные ниже как «Важные для человека», перечислены (США) Управление по контролю за продуктами и лекарствами как важные питательные вещества,[9] а также шесть дополнительных элементов: кислород, углерод, водород и азот (основные строительные блоки жизни на Земле), сера (необходимая для всех клеток) и кобальт (необходимый компонент витамина B12). Элементы, перечисленные как «Возможно» или «Возможно» существенные, цитируются Национальный исследовательский совет (США) как полезные для здоровья человека и, возможно, или, вероятно, необходимые.[10]

Атомный номерЭлементМассовая доля[11][12][13][14][15][16]Масса (кг)[17]Атомный процентНеобходим для человека[18]Отрицательные эффекты избыткаГруппа
8Кислород0.654324Да (например, вода, акцептор электронов)[19]Активные формы кислорода16
6Углерод0.181612да[19] (органические соединения)14
1Водород0.10762да[19] (например. воды )1
7Азот0.031.81.1да[19] (например. ДНК и аминокислоты )15
20Кальций0.0141.00.22да[19][20][21] (например. Кальмодулин и Гидроксилапатит в кости )2
15Фосфор0.0110.780.22да[19][20][21] (например. ДНК и фосфорилирование )Гиперфосфатемия15
19Калий2.0×10−30.140.033да[19][20] (например. Na+/ К+-ATPase )1
16Сера2.5×10−30.140.038да[19] (например. Цистеин, Метионин, Биотин, Тиамин )16
11Натрий1.5×10−30.100.037да[20] (например. Na+/ К+-ATPase )1
17Хлор1.5×10−30.0950.024да[20][21] (например. Cl-транспортная АТФаза )17
12Магний500×10−60.0190.0070да[20][21] (например, привязка к АТФ и другие нуклеотиды )2
26Утюг *60×10−60.00420.00067да[20][21] (например. Гемоглобин, Цитохромы )8
9Фтор37×10−60.00260.0012Да (Австралия, NZ ),[22] Нет (США, ЕС),[23][24] Может быть (ВОЗ )[25]токсичен в больших количествах17
30Цинк32×10−60.00230.00031да[20][21] (например. Белки цинковых пальцев )12
14Кремний20×10−60.00100.0058Возможно[10]14
31Галлий4.9×10−6?0.0007Нет13
37Рубидий4.6×10−60.000680.000033Нет1
38Стронций4.6×10−60.000320.000033——2
35Бром2.9×10−60.000260.000030——17
82Свинец1.7×10−60.000120.0000045Неттоксичный14
29Медь1×10−60.0000720.0000104да[20][21] (например. белки меди )токсичен в больших количествах11
13Алюминий870×10−90.0000600.000015Нет13
48Кадмий720×10−90.0000500.0000045Неттоксичный12
58Церий570×10−90.000040Нет
56Барий310×10−90.0000220.0000012Неттоксичен в больших количествах2
50Банка240×10−90.0000206.0×10−7Нет14
53Йод160×10−90.0000207.5×10−7да[20][21] (например. тироксин, трийодтиронин )17
22Титан130×10−90.000020Нет4
5Бор690×10−90.0000180.0000030Наверное[10][26]13
34Селен190×10−90.0000154.5×10−8да[20][21]токсичен в больших количествах16
28Никель140×10−90.0000150.0000015Наверное[10][26]токсичен в больших количествах10
24Хром24×10−90.0000148.9×10−8да[20][21]6
25Марганец170×10−90.0000120.0000015да[20][21] (например. Mn-SOD )7
33Мышьяк260×10−90.0000078.9×10−8Нет[2]токсичный15
3Литий31×10−90.0000070.0000015да (взаимосвязаны с функциями нескольких ферменты, гормоны и витамины )токсичен в больших количествах1
80Меркурий190×10−90.0000068.9×10−8Неттоксичный12
55Цезий21×10−90.0000061.0×10−7Нет1
42Молибден130×10−90.0000054.5×10−8да[20][21] (например, оксотрансферазы молибдена, Ксантиноксидаза и Сульфитоксидаза )6
32Германий5×10−6Нет14
27Кобальт21×10−90.0000033.0×10−7Да (кобаламин, B12)[27][28]9
51Сурьма110×10−90.000002Неттоксичный15
47Серебро10×10−90.000002Нет11
41Ниобий1600×10−90.0000015Нет5
40Цирконий6×10−60.0000013.0×10−7Нет4
57Лантан1370×10−98×10−7Нет
52Теллур120×10−97×10−7Нет16
39Иттрий6×10−7Нет3
83Висмут5×10−7Нет15
81Таллий5×10−7Нетвысокотоксичный13
49Индий4×10−7Нет13
79Золото3×10−92×10−73.0×10−7Нетнаночастицы без покрытия, возможно генотоксичный[29][30][31]11
21Скандий2×10−7Нет3
73Тантал2×10−7Нет5
23Ванадий260×10−91.1×10−71.2×10−8Возможно[10] (Предполагаемый фактор роста остео-метаболизма (костей))5
90Торий1×10−7Неттоксичный, радиоактивный
92Уран1×10−73.0×10−9Неттоксичный, радиоактивный
62Самарий5.0×10−8Нет
74Вольфрам2.0×10−8Нет6
4Бериллий3.6×10−84.5×10−8Неттоксичен в больших количествах2
88Радий3×10−141×10−17Неттоксичный, радиоактивный2
71ЛютецийВозможнотоксичен в больших количествах4

* Железо = ~ 3 грамм у мужчин ~ 2,3 г у женщин

Из 94 природных химических элементов 61 указан в таблице выше. Из оставшихся 33 неизвестно, сколько встречается в организме человека.

Большинство элементов, необходимых для жизни, относительно обычен в земной коре. Алюминий, третий по распространенности элемент в земной коры (после кислород и кремний ), не выполняет никаких функций в живых клетках, но в больших количествах токсичен, в зависимости от его физических и химических форм, величины, продолжительности, частоты воздействия и того, как он был поглощен организмом человека.[32] Трансферрины может связывать алюминий.[33]

Периодическая таблица

Элементы питания в периодическая таблица[34]
ЧАС Он
ЛиБыть BCNОFNe
NaMg AlSiпSClAr
KCaSc TiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeВ качествеSeBrKr
Руб.SrY ZrNbПнTcRURhPdAgCDВSnSbTeяXe
CSБаЛа*HfТаWReОперационные системыIrPtAuHgTlPbБиПоВRn
ПтРаAc**RfDbSgBhHsMtDsRgCnNhFlMcLvЦOg
 
 *CePrNdВечераСмЕвропаБ-гTbDyХоЭТмYbЛу
 **ЧтПаUNpПуЯвляюсьСмBkCfEsFMМкрНетLr

Легенда:


Молекулы

Состав человеческого тела выражается химическими веществами:

В состав человеческого тела можно посмотреть на атомный и молекулярный масштаб, как показано в этой статье.

Расчетное общее молекулярное содержание типичной 20-микрометровой клетки человека следующее:[37]

МолекулаПроцент массыМол. Вес (дальтон)МолекулыПроцент молекул
Вода65181.74×101498.73
Другой Неорганика1.5Нет данных1.31×10120.74
Липиды12Нет данных8.4×10110.475
Другой Органика0.4Нет данных7.7×10100.044
Протеин20Нет данных1.9×10100.011
РНК1.0Нет данных5×1073×10−5
ДНК0.11×101146*3×10−11

Ткани

Состав тела также может быть выражено в виде различных типов материала, таких как:

Состав по типу ячеек

Основная статья: Список различных типов клеток в организме взрослого человека

Есть много видов бактерии и другие микроорганизмы которые живут на здоровом человеческом теле или внутри него. Фактически, 90% клеток в (или на) человеческом теле - это микробы, по количеству.[38][39] (намного меньше по массе или объему). Что-нибудь из этого симбионты необходимы для нашего здоровья. Тех, кто не помогает и не вредит людям, называют комменсальный организмы.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ М.А.Зородду; Дж. Аашет; Г. Криспони; С. Медичи; М. Пеана; В.М. Нурчи (июнь 2019). «Основные металлы для человека: краткий обзор». Журнал неорганической биохимии. 195: 120–129. Дои:10.1016 / j.jinorgbio.2019.03.013. PMID  30939379.
  2. ^ а б «Мышьяк в продуктах питания и пищевых добавках». Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США. 22 мая 2019. Получено 20 августа 2019.
  3. ^ МакКолл А.С., Каммингс К.Ф., Бхаве Дж., Ванакор Р., Пейдж-Маккоу А., Хадсон Б.Г. (2014). «Бром является важным микроэлементом для сборки каркасов коллагена IV в развитии и архитектуре тканей». Клетка. 157 (6): 1380–92. Дои:10.1016 / j.cell.2014.05.009. ЧВК  4144415. PMID  24906154.
  4. ^ Нельсон, Ленингер, Кокс (2008). Принципы биохимии Ленингера (5-е изд.). Макмиллан.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  5. ^ Сколько атомов в человеческом теле?
  6. ^ «Ультра-следовые минералы». Авторы: Нильсен, Форрест Х. USDA, ARS Источник: Современное питание при здоровье и болезнях / редакторы, Морис Э. Шилс ... и др .. Балтимор: Williams & Wilkins, c. 1999, стр. 283-303. Дата выпуска: 1999 URI: [1]
  7. ^ Использовать WP: CALC для среднего значения для мужчин и женщин, так как две группы примерно равного размера
  8. ^ См. Таблицу 1. Вот
  9. ^ «Руководство для промышленности: Руководство по маркировке пищевых продуктов 14. Приложение F». Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США. 1 января 2013 г. Архивировано с оригинал 4 апреля 2017 г.
  10. ^ а б c d е Институт медицины (29 сентября 2006 г.). Рекомендуемая диета: основное руководство по потребностям в питательных веществах. Национальная академия прессы. С. 313–19, 415–22. ISBN  978-0-309-15742-1. Получено 21 июн 2016.
  11. ^ Томас Дж. Гловер, комп., Карманный Ref, 3-е изд. (Литтлтон: Секвойя, 2003), стр. 324 (LCCN  2002-91021 ), который в
  12. ^ Тёрн цитирует Geigy Scientific Tables, Ciba-Geigy Limited, Базель, Швейцария, 1984.
  13. ^ Чанг, Раймонд (2007). Химия, Девятое издание. Макгроу-Хилл. п. 52. ISBN  978-0-07-110595-8.
  14. ^ «Элементный состав человеческого тела» В архиве 2018-12-18 в Wayback Machine Эд Усман, MD Проверено 17 июня 2016 г.
  15. ^ Фраусто да Силва, Дж. Дж. Р.; Уильямс, Р. Дж. П (16 августа 2001 г.). Биологическая химия элементов: неорганическая химия жизни. ISBN  9780198508489.
  16. ^ Зумдал, Стивен С. и Сьюзан А. (2000). Химия, пятое издание. Компания Houghton Mifflin. п. 894. ISBN  978-0-395-98581-6.)
  17. ^ Эмсли, Джон (25 августа 2011 г.). Строительные блоки природы: руководство по элементам от А до Я. ОУП Оксфорд. п. 83. ISBN  978-0-19-960563-7. Получено 17 июн 2016.
  18. ^ Neilsen, процитировано
  19. ^ а б c d е ж грамм час Салм, Сара; Аллен, Дебора; Нестер, Евгений; Андерсон, Дениз (9 января 2015 г.). Микробиология Нестера: взгляд человека. п. 21. ISBN  978-0-07-773093-2. Получено 19 июн 2016.
  20. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п Подкомитет по десятому изданию Рекомендуемых диетических пособий, пищевых продуктов и питания; Комиссия по наукам о жизни, Национальный исследовательский совет (1 февраля 1989 г.). "9-10". Рекомендуемые диетические нормы: 10-е издание. Национальная академия прессы. ISBN  978-0-309-04633-6. Получено 18 июн 2016.
  21. ^ а б c d е ж грамм час я j k л Свод федеральных правил, раздел 21: Продукты питания и лекарства, глава 1, подраздел B, часть 101, подраздел A, §101.9 (c) (8) (iv)
  22. ^ Австралийский национальный совет здравоохранения и медицинских исследований (NHMRC) и Министерство здравоохранения Новой Зеландии (MoH)
  23. ^ «Фторид в питьевой воде: обзор вопросов фторирования и регулирования»
  24. ^ «Научное заключение о диетических референсных значениях фторида» (PDF). Журнал EFSA. 11 (8): 3332. 2013. Дои:10.2903 / j.efsa.2013.3332. ISSN  1831-4732.
  25. ^ WHO / SDE / WSH / 03.04 / 96 «Фторид в питьевой воде»
  26. ^ а б Безопасные верхние уровни витаминов и минералов (2003), бор, стр. 164-71, никель с. 225-31, EVM, Агентство пищевых стандартов, Великобритания ISBN  1-904026-11-7
  27. ^ Ямада, Казухиро (2013). «Кобальт: его роль в здоровье и болезнях». Взаимосвязь между ионами эссенциальных металлов и заболеваниями человека. Ионы металлов в науках о жизни. 13. С. 295–320. Дои:10.1007/978-94-007-7500-8_9. ISBN  978-94-007-7499-5. ISSN  1559-0836. PMID  24470095.
  28. ^ Банчи, Лючия (18 апреля 2013 г.). Металломика и клетка. Springer Science & Business Media. С. 333–368. ISBN  978-94-007-5561-1. Получено 19 июн 2016.
  29. ^ Фратодди, Илария; Вендитти, Иоле; Каметти, Чезаре; Руссо, Мария Виттория (2015). «Насколько токсичны наночастицы золота? Современное состояние». Нано исследования. 8 (6): 1771–1799. Дои:10.1007 / s12274-014-0697-3. HDL:11573/780610. ISSN  1998-0124. S2CID  84837060.
  30. ^ «Научное заключение о переоценке золота (E 175) как пищевой добавки». Журнал EFSA. 14 (1): 4362. 2016. Дои:10.2903 / j.efsa.2016.4362. ISSN  1831-4732.
  31. ^ Hillyer, Julián F .; Альбрехт, Ральф М. (2001). «Желудочно-кишечная абсорбция и распределение в тканях наночастиц коллоидного золота разного размера». Журнал фармацевтических наук. 90 (12): 1927–1936. Дои:10.1002 / jps.1143. ISSN  0022-3549. PMID  11745751.
  32. ^ Willhite, Calvin C .; Карякина Наталия А .; Йокель, Роберт А .; Йенугадхати, Нагараджкумар; Вишневски, Томас М .; Арнольд, Ян М.Ф .; Момоли, Франко; Кревски, Дэниел (2014-09-18). «Систематический обзор потенциальных рисков для здоровья, связанных с воздействием металлического и наноразмерного алюминия, оксидов алюминия, гидроксида алюминия и его растворимых солей в фармацевтике, на производстве и на потребителей». Критические обзоры в токсикологии. 44 (sup4): 1–80. Дои:10.3109/10408444.2014.934439. ISSN  1040-8444. ЧВК  4997813. PMID  25233067.
  33. ^ Mizutani, K .; Миками, Б .; Aibara, S .; Хиросе, М. (2005). «Структура связанного алюминием овотрансферрина при разрешении 2,15 Å». Acta Crystallographica Раздел D. 61 (12): 1636–42. Дои:10.1107 / S090744490503266X. PMID  16301797.
  34. ^
    • Ультра-следовые минералы. Авторы: Нильсен, Форрест Х., USDA, ARS Источник: Современное питание в здоровье и болезнях / редакторы, Морис Э. Шилс ... и др. Балтимор: Williams & Wilkins, c1999, стр. 283-303. Дата выпуска: 1999 URI: [2]
  35. ^ Дауманн, Лена Дж. (25 апреля 2019 г.). «Важное и повсеместное явление: появление металлобиохимии лантанидов». Angewandte Chemie International Edition. Дои:10.1002 / anie.201904090. Получено 15 июн 2019.
  36. ^ Дуглас Фокс, «Скорость жизни», Новый ученый, № 2419, 1 ноября 2003 г.
  37. ^ Фрейтас-младший, Роберт А. (1999). Наномедицина. Landes Bioscience. Таблицы 3–1 и 3–2. ISBN  978-1-57059-680-3.
  38. ^ Глаузиуш, Джози. «Ваше тело - это планета». Получено 2007-09-16.
  39. ^ Веннер, Мелинда. «Люди переносят больше бактериальных клеток, чем человеческие». Получено 2010-10-09.