Состав человеческого тела - Composition of the human body

Не путать с анатомией человека или составом тела (физической подготовкой) .

Состав тела можно анализировать различными способами. Это может быть сделано с точки зрения присутствующих химических элементов или молекулярного типа, например воды , белка , жиров (или липидов ), гидроксилапатита (в костях), углеводов (таких как гликоген и глюкоза ) и ДНК . С точки зрения типа ткани, тело может быть проанализирован в воду, жир, соединительную ткань , мышцы , кости и т.д. В терминах типа клеток, тело содержит сотни различных типов клеток, но в частности, наибольшее число клеток , содержащихся В человеческом теле (хотя и не с самой большой массой клеток) находятся не человеческие клетки, а бактерии, обитающие в нормальном желудочно-кишечном тракте человека.

Элементы

Основные элементы, входящие в состав человеческого тела (в том числе вода).
201 Элементы человеческого тела.02.svg Элемент Условное обозначение процент
массы 		процент
атомов
Кислород О 65,0 24,0
Углерод C 18,5 12.0
Водород ЧАС 9,5 62,0
Азот N 3,2 1.1
Кальций Ca 1.5 0,22
Фосфор п 1.0 0,22
Калий K 0,4 0,03
Сера S 0,3 0,038
Натрий Na 0,2 0,037
Хлор Cl 0,2 0,024
Магний Mg 0,1 0,015
Все другие <0,1 <0,3
Круговые диаграммы типичного состава человеческого тела в процентах от массы и в процентах от атомного состава ( атомные проценты ).

Почти 99% массы человеческого тела состоит из шести элементов: кислорода , углерода , водорода , азота , кальция и фосфора . Только около 0,85% состоит из пяти других элементов: калия , серы , натрия , хлора и магния . Все 11 необходимы для жизни. Остальные элементы - это микроэлементы , более дюжины которых считаются необходимыми для жизни на основании убедительных доказательств. Вся совокупная масса микроэлементов (менее 10 граммов для человеческого тела) не дает в сумме массы 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 без функции (примеры: цезий, титан), в то время как многие другие считаются активными токсинами, в зависимости от количества (кадмий, ртуть, свинец, радиоактивные вещества). Для людей мышьяк токсичен, и его уровни в продуктах питания и пищевых добавках тщательно контролируются, чтобы уменьшить или исключить его потребление.

Некоторые элементы (кремний, бор, никель, ванадий), вероятно, также необходимы млекопитающим, но в гораздо меньших дозах. Бром в больших количествах используется некоторыми (хотя и не всеми) низшими организмами, а также в некоторых случаях в эозинофилах человека. Одно исследование показало, что бром необходим для синтеза коллагена IV у людей. Фтор используется рядом растений для производства токсинов (см. Этот элемент), но у людей он действует только как местный (местный) отвердитель в зубной эмали, а не играет важную биологическую роль.

Список элементного состава

Основная статья: минерал (питательное вещество)

В среднем в теле взрослого человека массой 70 кг (150 фунтов) содержится примерно7 × 10 27 атомов и содержит как минимум обнаруживаемые следы 60 химических элементов . Считается, что около 29 из этих элементов играют активную положительную роль в жизни и здоровье человека.

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 представляют собой средние значения различных цифр, приведенных в разных источниках.

В организме взрослого человека в среднем ~ 53% воды. Это существенно зависит от возраста, пола и ожирения. В большой выборке взрослых людей всех возрастов и обоих полов показатель доли воды по массе составил 48 ± 6% для женщин и 58 ± 8% для мужчин. Вода содержит ~ 11% водорода по массе, но ~ 67% водорода по атомным процентам , 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 «незаменимые для человека», перечислены Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (США) в качестве основных питательных веществ, 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 B 12 ). Элементы, перечисленные как «Возможно» или «Вероятно» существенные, - это те элементы, которые указаны Национальным исследовательским советом (США) как полезные для здоровья человека и, возможно, или возможно важные.

Атомный номер Элемент Массовая доля Масса (кг) Атомный процент Незаменим для человека Отрицательные эффекты избытка Группа
8 Кислород 0,65 43 год 24 Да (например, вода , акцептор электронов ) Активные формы кислорода 16
6 Углерод 0,18 16 12 Да ( органические соединения ) 14
1 Водород 0,10 7 62 Да (например, вода ) 1
7 Азот 0,03 1,8 1.1 Да (например, ДНК и аминокислоты ) 15
20 Кальций 0,014 1.0 0,22 Да (например, кальмодулин и гидроксилапатит в костях ) Гиперкальциемия 2
15 Фосфор 0,011 0,78 0,22 Да (например, ДНК и фосфорилирование ) Гиперфосфатемия 15
19 Калий 2,0 × 10 −3 0,14 0,033 Да (например, Na + / K + -ATPase ) Гиперкалиемия 1
16 Сера 2,5 × 10 −3 0,14 0,038 Да (например, цистеин , метионин , биотин , тиамин ) 16
11 Натрий 1,5 × 10 −3 0,10 0,037 Да (например, Na + / K + -ATPase ) Гипернатриемия 1
17 Хлор 1,5 × 10 −3 0,095 0,024 Да (например, АТФаза, транспортирующая Cl ) 17
12 Магний 500 × 10 −6 0,019 0,0070 Да (например, связывание с АТФ и другими нуклеотидами ) Гипермагниемия 2
26 Утюг * 60 × 10 −6 0,0042 0,00067 Да (например, гемоглобин , цитохромы ) Железная перегрузка 8
9 Фтор 37 × 10 −6 0,0026 0,0012 Да ( Австралия , Новая Зеландия ), Нет (США, ЕС), Возможно ( ВОЗ ) Фтор: очень токсичен.

Фторид: токсичен в больших количествах

17
30 Цинк 32 × 10 −6 0,0023 0,00031 Да (например, протеины цинковых пальцев ) Цинк токсичность 12
14 Кремний 20 × 10 −6 0,0010 0,0058 Возможно 14
31 год Галлий 4,9 × 10 −6 ? 0,0007 Нет 13
37 Рубидий 4,6 × 10 −6 0,00068 0,000033 Нет 1
38 Стронций 4,6 × 10 −6 0,00032 0,000033 —— 2
35 год Бром 2,9 × 10 −6 0,00026 0,000030 —— 17
82 Вести 1,7 × 10 −6 0,00012 0,0000045 Нет Отравление свинцом 14
29 Медь 1 × 10 −6 0,000072 0,0000104 Да (например, белки меди ) Медная токсичность 11
13 Алюминий 870 × 10 −9 0,000060 0,000015 Нет ядовитый 13
48 Кадмий 720 × 10 −9 0,000050 0,0000045 Нет ядовитый 12
58 Церий 570 × 10 −9 0,000040 Нет
56 Барий 310 × 10 −9 0,000022 0,0000012 Нет токсичен в больших количествах 2
50 Банка 240 × 10 −9 0,000020 6,0 × 10 −7 Нет 14
53 Йод 160 × 10 −9 0,000020 7,5 × 10 −7 Да (например, тироксин , трийодтиронин ) 17
22 Титана 130 × 10 −9 0,000020 Нет 4
5 Бор 690 × 10 −9 0,000018 0,0000030 Наверное 13
34 Селен 190 × 10 −9 0,000015 4,5 × 10 −8 да Селен токсичность 16
28 год Никель 140 × 10 −9 0,000015 0,0000015 Наверное токсичен в больших количествах 10
24 Хром 24 × 10 −9 0,000014 8,9 × 10 −8 да 6
25 Марганец 170 × 10 −9 0,000012 0,0000015 Да (например, Mn-SOD ) 7
33 Мышьяк 260 × 10 −9 0,000007 8,9 × 10 −8 Нет Отравление мышьяком 15
3 Литий 31 × 10 −9 0,000007 0,0000015 Да (взаимосвязано с функциями нескольких ферментов , гормонов и витаминов ) Литиевая токсичность 1
80 Меркурий 190 × 10 −9 0,000006 8,9 × 10 −8 Нет Отравление ртутью 12
55 Цезий 21 × 10 −9 0,000006 1,0 × 10 −7 Нет 1
42 Молибден 130 × 10 −9 0,000005 4,5 × 10 −8 Да (например, оксотрансферазы молибдена , ксантиноксидаза и сульфитоксидаза ) 6
32 Германий 5 × 10 −6 Нет 14
27 Кобальт 21 × 10 −9 0,000003 3,0 × 10 −7 Да (кобаламин, B 12 ) 9
44 год Рутений 22 × 10 −9 0,000007 Нет 8
51 Сурьма 110 × 10 −9 0,000002 Нет ядовитый 15
47 Серебряный 10 × 10 −9 0,000002 Нет 11
41 год Ниобий 1600 × 10 −9 0,0000015 Нет 5
40 Цирконий 6 × 10 −6 0,000001 3,0 × 10 −7 Нет 4
57 год Лантан 1370 × 10 −9 8 × 10 −7 Нет
52 Теллур 120 × 10 −9 7 × 10 −7 Нет 16
39 Иттрий 6 × 10 −7 Нет 3
83 Висмут 5 × 10 −7 Нет 15
81 год Таллий 5 × 10 −7 Нет высокотоксичный 13
49 Индий 4 × 10 −7 Нет 13
79 Золото 3 × 10 −9 2 × 10 −7 3,0 × 10 −7 Нет наночастицы без покрытия, возможно, генотоксичные 11
21 год Скандий 2 × 10 −7 Нет 3
73 Тантал 2 × 10 −7 Нет 5
23 Ванадий 260 × 10 −9 1,1 × 10 −7 1,2 × 10 −8 Возможно (предполагаемый фактор роста остео-метаболизма (кости)) 5
90 Торий 1 × 10 −7 Нет токсичный, радиоактивный
92 Уран 1 × 10 −7 3,0 × 10 −9 Нет токсичный, радиоактивный
62 Самарий 5,0 × 10 −8 Нет
74 Вольфрам 2,0 × 10 −8 Нет 6
4 Бериллий 3,6 × 10 −8 4,5 × 10 −8 Нет токсичен в больших количествах 2
88 Радий 3 × 10 −14 1 × 10 −17 Нет токсичный, радиоактивный 2

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

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

Большинство элементов, необходимых для жизни, относительно обычны в земной коре . Алюминий , третий по распространенности элемент в земной коре (после кислорода и кремния ), не выполняет никаких функций в живых клетках, но токсичен в больших количествах, в зависимости от его физических и химических форм и величины, продолжительности, частоты воздействия и того, как он был поглощен человеческим телом. Трансферрины могут связывать алюминий.

Периодическая таблица

Пищевые элементы в периодической таблице
ЧАС   Он
Ли Быть   B C N О F Ne
Na Mg   Al Si п S Cl Ar
K Ca   Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge В качестве Se Br Kr
Руб. Sr   Y Zr Nb Пн Tc RU Rh Pd Ag CD В Sn Sb Te я Xe
CS Ба * Лу Hf Та W Re Операционные системы Ir Pt Au Hg Tl Pb Би По В Rn
Пт Ра ** Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Ур. Ц Og
 
  * Ла Ce Pr Nd Вечера См ЕС Б-г Tb Dy Хо Э Тм Yb
  ** Ac Чт Па U Np Пу Являюсь См Bk Cf Es FM Мкр Нет
Легенда:
  Эти четыре основные органические элементы
  Количество элементов
  Основные микроэлементы
  Считается важным микроэлементом в США, а не в Европейском Союзе
  Предполагаемая функция от эффектов депривации или активного метаболизма, но нет четко идентифицированной биохимической функции у людей
  Ограниченные косвенные доказательства следовых преимуществ или биологического действия у млекопитающих
  Нет доказательств биологического действия у млекопитающих, но существенно для некоторых низших организмов.
(В случае лантана определение необходимого питательного вещества как незаменимого и незаменимого не полностью применимо из-за чрезвычайного сходства лантаноидов . Известно, что стабильные ранние лантаноиды вплоть до Sm стимулируют рост различных организмов, использующих лантаниды. .)

Молекулы

Химический состав человеческого тела:

Состав человеческого тела можно рассматривать на атомном и молекулярном масштабе , как показано в этой статье.

Расчетное общее молекулярное содержание типичной 20-микрометровой клетки человека выглядит следующим образом:

Молекула Процент массы Мол. вес (дальтон) Молекулы Процент молекул
Воды 65 18 1,74 × 10 14 98,73
Прочие неорганические вещества 1.5 N / A 1,31 × 10 12 0,74
Липиды 12 N / A 8,4 × 10 11 0,475
Прочая органика 0,4 N / A 7,7 × 10 10 0,044
Протеин 20 N / A 1,9 × 10 10 0,011
РНК 1.0 N / A 5 × 10 7 3 × 10 −5
ДНК 0,1 1 × 10 11 46 * 3 × 10 −11

Ткани

Основные клеточные компоненты человеческого тела.
Клетки человеческого тела по mass.svg Тип ячейки % масс % количества клеток
Эритроциты (красные кровяные тельца) 4.2 85,0
Мышечные клетки 28,6 0,001
Адипоциты (жировые клетки) 18,6 0,2
Другие клетки 14,3 14,8
Внеклеточные компоненты 34,3 -

Состав тела также можно выразить с помощью различных типов материала, таких как:

Состав по типу ячеек

Основная статья: Список различных типов клеток в организме взрослого человека
Основная статья: Микробиом человека § Относительные числа

Существует множество видов бактерий и других микроорганизмов, которые живут на здоровом человеческом теле или внутри него. Фактически, в человеческом теле примерно столько же микробов, сколько и человеческих клеток. (намного меньше по массе или объему). Некоторые из этих симбионтов необходимы для нашего здоровья. Те, которые не помогают и не вредят человеку, называются комменсальными организмами.

Смотрите также

использованная литература