• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Біологічна роль

Хімічні властивості

З великої групи d-елементів до біогенних відносять вісім найваж­ливіших елементів, концентрація яких в організмі достовірно встановле­на і їх специфічна фізіологічна роль доведена. Ці елементи входять до складу великої кількості метало ферментів, яких нині відомо близько 300, а також деяких вітамінів.

Як уже зазначалось, біологічна роль хімічних елементів визна­чається в першу чергу будовою електронних оболонок їх атомів. d-Елементи ще називають перехідними елементами, оскільки вони мають змінні ступені окиснення. Із перелічених вище біоелементів тільки Цинк, маючи завершену 18 електронну оболонку, характери­зується постійним значенням ступеня окиснення +2, і тому він не на­лежить до перехідних елементів.

Від будови атомів залежать хімічні властивості як самих елементів, так і їхніх сполук. Ці властивості виявляються в здатності елементів вступати у різноманітні хімічні реакції: кислотно-основні, протолітичні, окисно-відновні, комплексоутворення тощо.

У зв'язку з тим, що біохімічні реакції переважно відбуваються у водних розчинах (в організмі міститься близько 60 % води), то велике значення має розчинність сполук у воді. За розчинністю визначається їх здатність всмоктуватися в травному каналі і потрапляти в кров. На­приклад, розчинні сполуки таких хімічних елементів, як Hg, Cd, Pb, Be, ТІ належать до високотоксичних, тоді як важкорозчинні сполуки цих еле­ментів менш токсичні. На розчинність неорганічних сполук у воді впли­ває природа катіона металу, причому розчинність сполук зменшуєть­ся зі збільшенням порядкового номера елемента.

Окисно-відновні властивості пов'язані зі здатністю елементів та їх сполук віддавати або приєднувати електрони, тобто змінювати в процесі реакції ступінь окиснення, або ступінь оксидації (с.о.).

У вільному стані метали виступають донорами електронів, тоб­то віддають свої валентні електрони іншому атому і тому є відновни­ками

d-Елементи з вищими значеннями ступенів окиснення існують переважно в формі аніонів, а з нижчим - у формі катіонів, наприклад.

Йони перехідних елементів, що мають незавершену d-орбіталь, у водних розчинах перебувають у вигляді аквакомплексів. Ці комплекси мають характерне забарвлення.

Ферум (Fe). Иони Феруму(ІІ) та Феруму(ІІІ) мають важливе зна­чення для життєдіяльності організму людини. Вони необхідні для про­цесів кровотворення, нормальної діяльності багатьох ферментів, перене­сення кисню від легень до тканин, а також електронів у ланцюзі дихання.

Загальний вміст Феруму в організмі становить близько 5 г; багато його в печінці (500—600 мг), м'язах (400-450 мг), кістковому мозку (250- 300 мг), проте 60-70 % від його загальної маси міститься в еритроцитах та нервових клітинах. Ферум, що входить до складу біологічних систем, поділяють на гемовий і негемовий Ферум у вигляді двовалентних йонів Fe(II), що входить до складу порфіринових комплексів, - гемоглобіну, метгемоглобіну, цитохромів, називають гемовим, а в складі всіх інших біологічно активних сполук - феритину, гемосидерину, лактоферину, ферумсульфуровмісних білків тощо - називають негемовим.

Серед білків, що містять йони Феруму(ІІ) в гемах, найбільше зна­чення мають гемоглобін і метгемоглобін. Гемоглобін (,НЬ), як дуже важ­ливий компонент еритроцитів крові, забезпечує зв'язування і перенесен­ня кисню від легень до всіх органів, а міоглобін - збереження запасів кисню в м'язах.

Иони Феруму(III) входять до складу і таких важливих ферментів, як каталаза та пероксидаза. Каталаза захищає клітини від токсичної дії гідроген пероксиду, а пероксидаза каталізує процеси окиснення різних органічних субстратів гідроген

Ферум має велике значення для організму людини, добова потреба в ньому становить 20-30 мг. Цей біоелемент у достатній кількості міститься в різноманітних продуктах харчування (табл. 6.6).

Зазначимо, що найчастіше дефіцит Феруму в організмі виникає не внаслідок недостатнього надходження його з продуктами харчу­вання, а як результат порушення функції всмоктування та засвоєння його організмом. При нестачі в організмі сполук Феруму розвивають­ся різні хвороби крові, так звані ферумдефіцитні (залізодефіцитні) анемії, внаслідок яких зменшується загальна кількість еритроцитів та вміст у них гемоглобіну.

Для лікування цих захворювань у медицині використовують різні препарати, що містять Ферум - фероплекс, фероплект, фероцерон, фе- ронат, ферумградумет, гемофер, актиферин, хеферол, аскофер та інші. Вони містять у своєму складі різні солі Феруму(ІІ) - сульфат, хлорид, глюконат або фумарат.

У надмірних дозах Ферум викликає дезактивацію ферментів циклу Кребса, що призводить до нагромадження органічних кислот у крові, а при хронічній інтоксикації - сидероз.

Купрум (Си), Відомо більше 30 різних білків і ферментів, у складі яких виявлено йони Купруму(І) або Купруму(ІІ), які виконують функцію перенесення кисню та електронів в окисно- відновних процесах.

Йони Купруму беруть участь у процесах дихання тканин, росту та кровотворення, сприяють синтезу гемоглобіну в організмі. Вони посилюють дію інсуліну та гормонів гіпофіза, впливаючи на обмін цукрів та жирів.

Крім того, йони Купруму регулюють водно-електролітний обмін, оскільки сприяють виведенню з організму води, затримують Кальцій та фосфати, але не впливають на виведення хлоридів.

Дефіцит цього біоелемента може викликати анемію, патологічний ріст кісток, дефекти сполучної тканини, захворювання шкіри.

У незначних кількостях Купрум міститься у клітинах майже всіх органів людини, проте переважно концентрується в печінці та головно­му мозку. Рівень цього мікроелемента змінюється при інфекційних за­хворюваннях мозку (зокрема енцефаліті] та внаслідок деяких інших по­рушень функцій головного мозку, зокрема шизофренії та епілепсії. З моз­кових тканин тварин виділено білки, що містять Купрум - альбокупреїни та нейрокупреїни, які сприяють нормальному функціонуванню голов­ного мозку. Тому сполуки Купруму використовують для зниження збуд­ження ЦНС при психічних захворюваннях.

Загальна потреба дорослої людини в цьому біоелементі становить 2-3 мг на добу. Вміст Купруму поповнюється за рахунок харчових про­дуктів, особливо круп, гороху, хліба, грибів, журавлини, м'яса та ін.

При надлишку Купруму в організмі він нагромаджується в ткани­нах і викликає токсикоз (хворобу Вільямса). У тварин спостерігають переродження клітин печінки, виникнення цирозів та панкреатитів.

Цинк (Zn) - один з найпоширеніших мікроелементів організму, оскільки займає друге місце після Феруму

Біологічна роль цого елемента пов'язана з залозами внутрішньої секреції, в яких він і концентрується. Вважають, що простата добре функціонує за достатньої кількості Цин­ку в організмі.

Цинк, як вже зазначалось, відіграє важливу роль у функціонуванні клітин головного мозку, тому йош й використовують для лікування пси­хічних захворювань. Оскільки він сприяє загоєнню ран, то цинкові мазі здавна застосовують у дерматології.

Здатність Цинку підвищувати загальний енергетичний рівень біо­хімічних процесів та посилювати захисні реакції організму відкриває нові перспективи застосування його як стимулятора багатьох фізіологічних процесів. Проте зазначимо, що деякі дослідження вказують на взає­мозв'язок між підвищеним рівнем Цинку в організмі та ймовірністю ви­никнення злоякісних пухлин.

Хронічне отруєння сполуками Цинку призводить до гіпертонії, ате­росклерозу, захворювання судин.

Манган (Мп) - важливий мікроелемент для життєдіяльності орга­нізму. Він впливає на ріст людини, необхідний для утворення кісток, збе­реження репродуктивної функції організму, метаболізму глюкози та ліпідів. Переважно він входить до складу ферментних систем, які при­скорюють окисно-відновні реакції внутрішньоклітинного обміну речовин, наприклад амінопептидази.

Отже, ферменти, що містять Манган, каталізують складні процеси клітинного дихання, посилюють обмін вуглеводів та жирів, сприяють синтезу вітаміну С та обміну вітамінів групи В та Е.

В організмі людини міститься приблизно 20 мг Мангану, причому в кістках — 43 %, а решта - в тканинах і мозку. Він входить до складу продуктів харчування - найбільше його в крупах, борошні (8-12 мг/кг), малині, смородині, журавлині (4-6 мг/кг), капусті, горосі, шпинаті (2,6- 2,3 мг/кг).

При дефіциті цього мікроелемента порушується фосфорно-кальці­євий обмін, що призводить до виникнення рахіту, як і при нестачі в організмі вітаміну D. Манган прискорює процес утворення антитіл, які знешкоджують чужі для організму білки (віруси, бактерії), посилює син­тез гормонів щитоподібної залози (тироксину, трийодгироніну), позитивно впливає на засвоєння йоду, тому рівень Мангану в крові пов'язують з виникненням ендемічного зобу.

Враховуючи багатогранну фізіологічну дію Мангану, його сполуки використовують у медичній практиці при невритах (у комплексі з полі­вітамінами) і в разі захворювання кровотворних органів (разом зі сполу­ками Кобальту та Кулруму).

Кобальт (Со). його добова потреба 0,3 мг. Як незамінний мікроелемент, він входить до складу еритроцитів та металопротеїнів, що є компонентами тканин внутрішніх органів - печінки, нирок, підшлункової залози.

Його біологічна роль тісно пов'язана з функціонуванням ряду фер­ментів та гормонів, зокрема Кобальт бере участь у синтезі гормонів Щитоподібної залози - тироксину і трийодтироніну, активує такі фер­менти, як карбоангідразу та карбоксипептидазу.

Встановлено позитивний вплив йонів Кобальту на білковий, вугле­водний, ліпідний та мінеральний обміни, а також на обмін аскорбінової кислоти та синтез вітаміну РР (ніацину).

Залежно від вмісту в бюсистемах, Кобальт може виступати як ак­тиватор, так і інгібітор тих ферментних систем, в основі функціонування яких лежать окисно-відновні процеси.

У достатній кількості цей вітамін надходить до організму з м'ясни­ми та молочними продуктами (добова потреба 2 мкг). Внаслідок пору­шення його всмоктування виникає мегалобластична В 12-дефіцитна ане­мія. Ознаки цього захворювання зв'язані з недокрів'ям, ураженням нер­вової системи та травного каналу.

Надлишок Кобальту в організмі теж шкідливий, оскільки йони Ко­бальту сповільнюють адсорбцію йонів Fe(IІ), блокуючи його транспортні системи. Внаслідок цього виникає поліцитемія - захворювання крові, що характеризується збільшенням кількості еритроцитів та гемоглобіну.

Кобальт ефективно діє на біосистеми за наявності в організмі достатніх запасів Феруму та Купруму. Під впливом Кобальту підвищується всмокту­вання Феруму і використання його в процесах утворення гемоглобіну.

Молібден (Мо) є одним із важких металів виявлених в організмі людини. Відповідно до електронної конфігурації він виявляє вісім різних ступенів окиснення, проте в біосисте- мах міститься у вигляді йонів Мо+5, Мо+6 і рідше Мо+4 та Мо+3. Різноманітність форм існування Молібдену є причиною того, що такий важкий елемент використовується для побудови деяких струк­тур живого організму.

Основна біологічна функція, яку виконує цей мікроелемент, поля­гає у зв'язуванні неорганічного азоту. Зв'язаний азот використовується в процесах біосинтезу білків, нуклеїнових кислот, ферментів та інших нітрогеновмісних органічних сполук.

Слід зазначити, що в малих дозах Молібден позитивно впливає на синтез гемоглобіну та сприяє нагромадженню в організмі вітамінів С і В ₂.

Дуже важливим чинником є баланс Молібдену в організмі. У мікро- дозах його сполуки, підсилюючи фагоцитарну активність крові, вплива­ють на імунний захист організму. При підвищенні рівня Молібдену пору­шується пуриновий обмін і розвивається ендемічна подагра, яка зв'яза­на з утворенням і відкладенням сечової кислоти в тканинах, що призво­дить до деформування суглобів.

Добова потреба організму в Молібдені менша порівняно з іншими біометалами і становить приблизно 0,1-0,3 мг.

Доведено, що біологічна роль Молібдену тісно пов'язана з вмістом в організмі Купруму. Ці елементи є антагоністами, оскільки надли­шок Молібдену викликає зменшення концентрації Купруму. Антагонізм мікроелементів, зокрема Мо-Cu, використовують у терапевтичній прак­тиці. Для зменшення токсичної дії Молібдену в організм вводять роз­чинні солі Купруму, що призводить до утворення малорозчинної солі купрум молібдату СиМо04 і виведення останнього з організму.

Хром (Сг). Цей біоелемент, належить до мікроелементів, відіграє важливу роль у функціонуванні біосистем. Він впливає на обмін вуглеводів, ліпідів та нуклеїнових кислот, активує дію інсуліну, входить до складу ферментів - трипсину і трансферину.

Доведено, що вміст Хрому у крові знижується при старінні або ви­снаженні організму. Поліпшуючи загальний обмін речовин, його сполу­ки сповільнюють процес старіння організму. Це було доведено досліда­ми на тваринах; тварини, яким до кормів додавали сполуки тривалент­ного Хрому, жили довше, ніж тварини контрольних груп.

У медичній практиці для лікування діабету використовують хрому піколінат, який додають до комплексних препаратів з мікроелементами та вітамінами.

У великих дозах Хром (III) теж токсичний, спостерігаються захворювання шкіри і слизових оболонок, хронічні катари верхніх ди­хальних шляхів, емфізема, а іноді рак легень.

Добова потреба Хрому становить 0,05-2,5 мг. Багаті на Хром такі продукти харчування, як чай, шпинат, оселедці, вівсяна крупа, печінка, яловичина.

Надлишок цього елемента в організмі викликає пошкодження ле­геневої тканини та розвиток злоякісних пухлин.

Нікель (Ni). Найбільший вміст цього біоелемента виявлено у підшлунковій залозі, печінці, шкірі та рогівці ока. Нікель виступає активато­ром таких ферментів, як ангідраза, карбоксилаза, трипсин. Він прискорює регенерацію білків, поліпшує процес пігментації шкіри, впливає на обмін вуг­леводів та морфологію крові, оскільки нормалізує в ній вміст гемо глобіну.

Вміст Нікелю у крові людини зменшується з віком і при анеміях. Проте його рівень майже вдвоє підвищується при Інфаркті міокарда, що може бути додатковим діагностичним критерієм цього захворювання.

Ванадій (V) - ще недостатньо вивчений елемент. В організмі до­рослої людини міститься приблизно 10-25 мг. Більша частина Ванадію входить до скла­ду кісток, зубів та жирової тканини.

Виділений металопротеїн - гемованадин, який складається з однієї субодиниці і містить цей хімічний елемент. Гемованадин може викону­вати функцію зв'язування кисню, причому в ролі групи, що приєднує ки­сень, виступає йон Ванадію.

Дослідження на тваринах показали, що при додаванні до їх раціону солей Ванадію поліпшується мінералізація кісток і зубів, знижується відсоток захворювання карієсом зубів.

Ванадій виступає каталізатором деяких окисно-відновних процесів. Ванадій гальмує синтез холестерину та пригнічує ріст мікобактерій туберкульозу в організмі. Він прискорює процес регене­рації еритроцитів та посилює дію Феруму при анемії, тобто в даному разі виявляється синергізм біоелементів. Крім того, Ванадій є важливим біоелементом для життя тварин. При дефіциті цього елемента сповільнюється ріст тварин і виживання потомства.

Металічний ванадій широко використовують для виготовлення сплавів, які застосовують у зубопротезній техніці.

Титан (Ті) постійно міститься у тканинах (загальний вміст в організмі -Ю'6 мас.%) і концентрується переважно в печінці та залозах внутрішньої секреції (щитоподібної залоза, наднирники).

Цей мікроелемент, як і Ванадій, бере участь у формуванні кісток, впливає на збільшення кількості еритроцитів у крові, активує процес син­тезу гемоглобіну, проте його біологічна роль до кінця ще не з'ясована.

У вигляді простої речовини титан - це сріблясто-білий, тугоплав­кий, жаростійкий метал. Він входить до складу хромонікелевих сплавів і використовується в зубопротезній практиці для виготовлення коронок.

Кадмій (Cd) міститься в організмі у малих кількостях, переважно концентрується в нирках та печінці. Він входить до складу деяких фер­ментів, зокрема імідодипептидази, активує такі ферменти, як аргіназа та амілаза. Проте дію більшості ферментних систем Кадмій гальмує, особливо редуктази.

У більших дозах Кадмій отруйний, оскільки пошкоджує клітини нирок та печінки, викликає утворення злоякісних пухлин. Віднесення його до біогенних елементів є сумнівним.

Отже, дослідження біологічноїролі хімічних елементів, з'ясування їх структури та механізму дії має велике значення для одержання нових ефективних лікарських засобів, опрацювання сучасних методів лікуван­ня та створення наукових рекомендацій щодо здорового способу життя людини. Для підтримання нормальної життєдіяльності організму потрібна не тільки вода як розчинник, продукти харчування (білки, жири, вуглево­ди), різноманітні вітаміни, але й певний набір макро- і мікроелементів, які беруть участь у функціонуванні численних біосистем.

Читайте також:

1. Біологічна безпека харчової сировини і продуктів
2. Біологічна дія іонізуючих випромінювань
3. Біологічна дія іонізуючих випромінювань
4. Біологічна дія іонізуючих випромінювань. Ознаки радіаційного ураження
5. Біологічна дія іонізуючого випромінювання
6. БІОЛОГІЧНА ДІЯ МАГНІТНОГО ПОЛЯ
7. БІОЛОГІЧНА КОРОЗІЯ БУДІВЕЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ
8. Біологічна роль
9. Біологічна роль білків
10. Біологічна, соціальна та психологічна сутність здоров’я.
11. Досягнення мікробіології в боротьбі з інфекційними хвороба­ми. Мікробіологічна служба в Україні.

Переглядів: 7543