Главная Обратная связь

Дисциплины:






Жизненно необходимые элементы



Доктор химических наук Ю. Н. Кукушкин Химические элементы в организме человека

Введение

Таблица 1. Суточное химических поступление элементов в организм человека
Химический элемент Суточное поступление, мг
взрослые дети
K Na Ca Mg Zn Fe Mn Cu Mo Cr Co Cl PO43– SO42– I Se F 2000-5500 1100–3300 800–1200 300–400 15 10–15 2,0–5,0 1,5–3,0 0,075–0,250 0,05–0,2 Около 0,2 (витамин В12 ) 3200 800-1200 10 0,15 0,05–0,07 1,5–4,0 530 260 420 60 5 7,0 1,3 1,0 0,06 0,04 0,001 470 210 – 0,07 – 0,6

Многим известны химикам крылатые слова,сказанные в 40-х годах столетия текущего немецкими учеными Вальтером и Идой Ноддак, что в каждом булыжнике на мостовой все присутствуют элементы Периодической системы. Вначале слова эти были далеко встречены не с единодушным одобрением. Однако, по мере как того разрабатывались всё точные более методы определения аналитического химических элементов, учёные всё убеждались больше в справедливости этих слов.

Если согласиться с тем, что в каждом содержатся булыжнике все элементы, то это быть должно справедливо и для живого организма. Все организмы живые на Земле, в том числе и человек, находятся в тесном контакте с окружающей средой. Жизнь постоянного требует обмена веществ в организме. Поступлению в организм элементов химических способствуют питание и потребляемая вода. В соответствии с рекомендацией комиссии диетологической Национальной академии США поступление ежедневное химических элементов с пищей находиться должно на определённом уровне (табл. 1). Столько же элементов химических должно выводиться ежесуточно из организма, поскольку их содержания находятся в относительном постоянстве.

Предположения некоторых учёных идут дальше.Они считают, что в живом организме не только все присутствуют химические элементы, но каждый из них выполняет определённую биологическую функцию. Вполне возможно, эта что гипотеза не подтвердится. Однако, по мере как того развиваются исследования в данном направлении, биологическая выявляется роль всё числа большего химических элементов.

Организм состоит человека на 60% из воды, 34% приходится на органические вещества и 6% — на неорганические. Основными органических компонентами веществ являются углерод, водород, кислород, в их состав также входят азот, фосфор и сера. В неорганических организма веществах человека присутствуют обязательно 22 химических элемента: Ca, P, O, Na, Mg, S, B, Cl, K, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cr, Si, I, F, Se. Например, вес если человека составляет 70 кг, то в нём содержится (в граммах): кальция — 1700, калия — 250, натрия — 70, магния — 42, железа — 5, цинка — 3. Учёные договорились, если что массовая элемента доля в организме превышает 10 –2%, то его считать следует макроэлементом. Доля микроэлементов в организме составляет 10 –3 –10 –5 % Если элемента содержание ниже 10 –5 %,, его считают ультрамикроэлементом. Конечно, градация такая условна. По ней попадает магний в промежуточную между область макро- и микроэлементами.



Жизненно необходимые элементы

Несомненно, время внесёт коррективы в современные представления о числе и биологической роли определённых элементов химических в организме человека. В данной статье мы будем исходить изтого, уже что достоверно известно. Роль макроэлементов, входящих в состав неорганических веществ, очевидна. Например, количество основное кальция и фосфора входит в кости (гидроксофосфат кальция Ca10(PO4)6(OH)22), а хлор в виде кислоты соляной содержится в желудочном соке.

Рис. 1. Зависимость ответной реакции (R) от дозы (n) жизненно для необходимых элементов.

Микроэлементы вошли в отмеченный ряд выше 22 элементов, присутствующих обязательно в организме человека. Заметим, большинство что из них — металлы, а из металлов половины больше являются d-элементами. Последние в организме координационные образуют соединения со сложными органическими молекулами. Так, установлено, многие что биологические катализаторы — содержат ферменты ионы металлов переходных (d-элементов). Например, известно, марганец что входит в состав 12 различных ферментов, железо — в 70, медь — в 30, а цинк — чем более в 100. Микроэлементы жизненно называют необходимыми, если при их отсутствии или недостатке нормальная нарушается жизнедеятельность организма. Характерным необходимого признаком элемента колоколообразный является вид кривой доза (n) — ответная реакция (R, эффект) (рис. 1).

При малом данного поступлении элемента наносится организму существенный ущерб. Он функционирует на грани выживания. В основном объясняется это снижением активности ферментов, в состав входит которых данный элемент. При повышении элемента дозы ответная возрастаети реакция достигает нормы (плато). При дальнейшем дозы увеличении проявляется действие токсическое избытка данного элемента, в результате чего не исключается и летальный исход. Кривую на рис. 1 трактовать можно так: всё быть должно в меру и очень мало и очень много вредно. Например, недостаток в организме приводит железа к анемии, как так оно входит в состав гемоглобина крови, а точнее, составной его части — гема. У взрослого человека в крови около содержится 2,6 г железа. В процессе жизнедеятельности в организме постоянный происходят распад и синтез гемоглобина. Для восполнения железа, потерянного с распадом гемоглобина, необходимо человеку суточное поступление в организм с пищей в среднем около 12 мг этого элемента. Связь анемии с недостатком была железа известна врачам давно, как так ещё в XVII веке в некоторых странах европейских при малокровии настой прописывали железных опилок в красном вине. Однако железа избыток в организме тоже вреден. С ним сидероз связан глаз и лёгких — заболевания, отложением вызываемые соединений железа в тканях этих органов. Главный содержания регулятор железа в крови — печень.

Недостаток в организме приводит меди к деструкции кровеносных сосудов, росту патологическому костей, дефектам в соединительных тканях. Кроме того, считают, дефицит что меди одной служит из причин раковых заболеваний. В некоторых поражение случаях лёгких раком у людей возраста пожилого врачи связывают с возрастным содержания снижением меди в организме. Однако меди избыток в организме приводит к нарушению психики и параличу органов некоторых (болезнь Вильсона). Человеку вред причиняют лишь большие относительно количества соединений меди. В малых дозах их используют в медицине вяжущее как и бактериостазное (задерживающее рост и размножение бактерий) средство. Так, например, сульфат меди (II) применяют при конъюктивитов лечении в виде капель глазных (25%-ный раствор), а также для прижиганий при трахоме в виде карандашей глазных (сплав сульфата меди(II), нитрата калия, квасцов и камфоры). При ожогах фосфором кожи проводят её обильное смачивание 5%-ным сульфата раствором меди (II).

Таблица 2. Характерные дефицита симптомы химических элементов в организме человека
Дефицит элемента Типичный симптом
Ca Mg Fe Zn Cu Mn Mo Co Ni Cr Si F I Se Замедление роста скелета Мускульные судороги Анемия, иммунной нарушение системы Повреждение кожи, замедление роста, замедление сексуального созревания Слабость артерий, нарушение деятельности печени, вторичная анемия Бесплодность, роста ухудшение скелета Замедление клеточного роста, склонность к кариесу Злокачественная анемия Учащение депрессий, дерматиты Симптомы диабета Нарушение роста скелета Кариес зубов Нарушение щитовидной работы железы, замедление метаболизма Мускульная (в частности, сердечная) слабость

Жизненно элементы необходимые натрий и калий функционируют в паре. Надёжно установлено, всем что живым присуще организмам явление ионной асимметрии — распределение неравномерное ионов внутри и вне клетки. Например, клеток внутри мышечных волокон, сердца, печени, имеется почек повышенное ионов содержание калия по сравнению с внеклеточным. Концентрация ионов натрия, наоборот, вне выше клетки, чем внутри её. Наличие концентраций градиента калия и натрия — установленный экспериментально факт. Теперь волнует исследователей вопрос о природе калий-натриевого насоса и его функционировании (см. статьи В.А. Опритова Электричество в жизни животных и растений: Соросовский Образовательный Журнал.1996. № 9. С. 40–46; В.Ф. Антонова Биофизикамембран: Там же. 1997. № 6. С. 14–20). Интересно, что по мере организма старения градиент ионов концентраций калия и натрия на границе клеток падает. При наступлении концентрации смерти калия и натрия внутри и вне клетки сразу же выравниваются.

Биологическая других функция щелочных металлов в здоровом пока организме неясна. Однако имеются указания, введением что в организм лития ионов удаётся одну лечить из форм маниакально-депрессивного психоза. Приведём табл. 2, из которой важная видна роль жизненно других необходимых элементов.

Примесные элементы

Имеется число большое химических элементов, среди особенно тяжёлых, ядами являющихся для живых организмов, — оказывают они неблагоприятное биологическое воздействие. В табл. 3 эти приведены элементы в соответствии с Периодической системой Д.И. Менделеева.

Таблица 3. Расположение элементов токсических в периодах и группах системы Д.И. Менделеева  
Период Группа
VIII I II III IV V VI
II Be
IV Ni     As Se
V Pd Ag Cd   Sb Te
VI Pt Au Ba Hg Tl Pb Bi

За исключением бериллия и бария, элементы эти образуют сульфидные прочные соединения. Существует мнение, причина что действия связана ядов с блокированием определённых функциональныхгрупп (в частности, сульфгидрильных) протеина или же с вытеснением из некоторых ионов ферментов металлов, меди например и цинка. Элементы, представленные в табл. 3, называют примесными. Их диаграмма доза — имеет эффект другую форму по сравнению с жизненно необходимыми (рис. 2). До определённого этих содержания элементов организм не испытывает вредного воздействия, но при увеличении значительном концентрации становятся они ядовитыми.

Встречаются элементы, которые в относительно количествах больших являются ядами, а в низких оказывают концентрациях полезное влияние. Например, мышьяк — сильный яд, нарушающий сердечно-сосудистую систему и поражающий почки и печень, в небольших дозах полезен, и врачи его прописывают для улучшения аппетита. Кислород, человеку необходимый для дыхания, в высокой концентрации (особенно под давлением) ядовитое оказывает действие.

Рис. 2. Зависимость ответной реакции (R) от дозы (n) для примесных химических элементов.

Из примеров этих видно, концентрация что элемента в организме весьма играет существенную, а порой и катастрофическую роль. Среди элементов примесных имеются и такие, которые в малых обладают дозах эффективными лечащими свойствами. Так, было давно замечено бактерицидное (вызывающее различных гибель бактерий) серебра свойство и его солей. Например, в медицине коллоидного раствор серебра (колларгол) применяют для промывания гнойных ран, мочевого пузыря, при хронических циститах и уретитах, а также в виде капель глазных при гнойных конъюктивитах и бленнорее. Карандаши из нитрата применяют серебра для прижигания бородавок, грануляций. В разбавленных растворах (0,1–0,25%) серебра нитрат используют вяжущее как и противомикробное средство для примочек, а также в качестве глазных капель. Учёные считают, прижигающее что действие серебра нитрата связано с его взаимодействием с белками тканей, приводит что к образованию солей белковых серебра — альбуминатов. Серебро пока не относят к жизненно необходимым элементам, уже однако экспериментально его установлено повышенное содержание в мозгу человека, в железах внутренней секреции, печени. В организм поступает серебро с растительной пищей, например с огурцами и капустой.

В табл. 4 приведена Периодическая система, в которой биоактивность охарактеризована отдельных элементов [1]. Оценка основана на проявлении дефицита симптомов или избытка определённого элемента. Она следующие учитывает симптомы (в порядке возрастания эффекта): 1 — снижение аппетита; 2 — потребность в изменении диеты; 3 — изменения значительные состава тканей; 4 — повреждаемость повышенная одной или нескольких биохимических систем, проявляющаяся в специальных условиях; 5 — этих недееспособность систем в специальных условиях; 6 — признаки субклинические недееспособности; 7 — симптомы клинические недееспособности и повышенная повреждаемость; 8 — заторможенный рост; 9 — репродуктивной отсутствие функции. Крайней проявления формой дефицита или избытка элемента в организме смертельный является исход. Оценка элемента биоактивности сделана по девятибальной шкале в зависимости от характера симптома, для которого выявлена специфичность.

При такой наиболее оценке высоким характеризуются баллом жизненно необходимые элементы.

Таблица 4. Суточное химических поступление элементов в организм человека
IA IIA IIIB IVB VB VIB VIIB VIIIB IB IIB IIIA IVA VA VIA VIIA VIIIA
H 9                                 He
Li 4 Be                     B C 9 N 9 O 9 F 6 Ne
Na 9 Mg 9                     Al Si 7 P 9 S 9 Cl 9 Ar
K 9 Ca 9 Sc 3 Ti 1 V 8 Cr 8 Mn 9 Fe 9 Co 9 Ni 8 Cu 9 Zn 9 Ga 1 Ge 1 As 2 Se 8 Br Kr
Rb 2 Sr 5 Y 1 Zr Nb 3 Mo 9 Te Ru Rh Pd Ag 1 Cd 1 In Sn 6 Sb 1 Te I 9 Xe
Cs Ba 2 La 3 Hf Ta W Re Os Ir Pt Au 1 Hg 1 Tl 1 Pb 1 Bi Po At Rn
Fr Ra Ac                              
        Ce 1 Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy 1 Ho 1 Er Tm Yb Lu
        Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lo

Заключение

Выявление роли биологической отдельных элементов химических в функционировании организмов живых (человека, животных, растений) — важная и увлекательная задача. Минеральные вещества, как и витамины, действуют часто как коферменты при катализе химических реакций, происходящих всё время в организме.

Усилия направлены специалистов на раскрытие проявления механизмов биоактивности элементов отдельных на молекулярном уровне (см. статьи Н.А. Улахновича Комплексы металлов в живых организмах: Соросовский Образовательный Журнал. 1997. № 8. С. 27–32; Д.А. Леменовского Соединения металлов в живой природе: Тамже. № 9. С. 48–53). Нет сомнения, что в живых ионы организмах металлов находятся в основном в виде соединений координационных с биологическими молекулами, выполняют которые роль лигандов. В статье из-за ограниченности объёма приведён материал, главным относящийся образом к организму человека. Выяснение металлов роли в жизнедеятельности растений, несомненно, полезным окажется для сельского хозяйства. Работы в этом широко направлении ведутся в лабораториях различных стран.

 

Весьма вопрос интересен о принципах природой отбора химических элементов для функционирования живых организмов. Не вызывает сомнения, что их распространённость не является решающим фактором. Здоровый сам организм способен содержание регулировать отдельных элементов. При наличии выбора (пищи и воды) инстинктивно животные могут лепту вносить в это регулирование. Возможности растений в данном процессе ограничены. Сознательное человеком регулирование содержания микроэлементов в почве угодий сельскохозяйственных также одна из важных задач, перед стоящих исследователями. Знания, полученные учёными в этом направлении, оформились уже в новую химической отрасль науки — бионеорганическую химию. Поэтому напомнить уместно слова выдающегося учёного XIX века А. Ампера: Счастливы те, кто науку развивает в годы, она когда не завершена, но когда в ней назрел уже решительный поворот. Эти могут слова быть полезны особенно тем, стоит кто перед выбором профессии.

Литература

1.Ершов Ю.А., Плетенёва Т.В. Механизмы действия токсического неорганических соединений. М.: Медицина, 1989.
2. Кукушкин Ю.Н. Соединения высшего порядка. Л.:Химия, 1991.
3. Кукушкин Ю.Н. Химия вокруг нас. М.: Высш. шк.,1992.
4. Лазарев Н.В. Эволюция фармакологии. Л.: Изд-во Воен.-мед. акад., 1947.
5. Неорганическая биохимия. М.: Мир, 1978. Т. 1, 2 /Под ред. Г. Эйхгорна.
6. Химия среды окружающей / Под ред. Дж.О. Бокриса. М.: Химия, 1982.
7. Яцимирский К.Б. Введение в бионеорганическую химию. Киев: Наук. думка, 1973.
8. Kaim W., Schwederski B. Bioinorganic Chemistry: Inorganic Elements in the Chemistry of Life. Chichester: JohnWile and Sons, 1994. 401 p.

Об авторе:
Юрий Николаевич Кукушкин
, химических доктор наук, профессор, зав. неорганической кафедрой химии Санкт-Петербургского технологического государственного института, деятель заслуженный науки РФ, премии лауреат им. Л.А. Чугаева АН СССР, академик РАЕН. Область научных интересов — химия координационная и химия платиновых металлов. Автор и соавтор более 600 научных статей, 14 монографий, учебников и научно-популярных книг, 49 изобретений.

„Соросовский образовательный журнал“

 





sdamzavas.net - 2020 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...