Биологическая функция s- и p-элементов
Биологическая функция s- и p-элементов.
IA группа
Водород (Hydrogenium)
Биоэлемент является структурной единицей органических соединений, участвующий в построении организмов и обеспечении их жизнедеятельности (витамины, гормоны, ферменты, аминокислоты, белки, жиры, углеводы). На долю водорода на Земле, включая воду и воздух, приходится около 1% по массе. Водород в соединении с кислородом образует воду. Роль воды в жизни животных и человека.
Роль в жизни животных и человека
Общее содержание воды в организме колеблется от 95-98% у кишечнополостных (медузы, гребневики) до 60-70% у млекопитающих и 45-65% насекомых. У человека при общем содержании воды около 60% масса тела, внутриклеточная вода составляет 40%, межклеточная жидкость – 16%, внутрисосудистая-4.5%.
Вода с растворенными
в ней минеральными веществами включается
в водно-солевой обмен –
Характер физико-химических процессов в тканях определяют ионы Na+, K+, Ca+, Mg2+, Cl-, SO4 2-, HCO3 – и др; а также микроэлементы. Всасывание электролитов происходит в кишечнике, а у пресноводных животных также в покровах или слизистых оболочках ротовой полости и клоаке, обеспечивает поступление солей в кровь. С кровью или лимфой они переносятся к клеткам организма. По своему составу в ней – и внутриклеточные жидкости резко различаются: в клетках высоко содержание K+, Mg2+ и фосфатов, вне клеток – Na+, Ca2+, Cl-. Ионная асимметрия обеспечивается деятельностью плазматической мембраны и связыванием рядом ионов химическими компонентами клеток. Внутри клеток ионы также распределены неравномерно: Na+ больше в ядре, чем в цитоплазме, Ca2+ - в митохондриях.
Основные
источники поступления в органи
- Питьевая вода;
- Продукты животного и растительного происхождения.
Наиболее известные и используемые человеком соединения:
H2O – вода, оксид водорода
H2O2 – пероксид водорода, перекись водорода
1-2% раствор перекиси водорода (H2O2) – отличный антисептик.
Литий (Lithium)
Роль в жизни животных и человека
Содержание лития в
организме животных составляет 0.001%
по массе, а в организме человека
– 0.67 мг на 70 кг. Литий – ультрамикроэлемент,
принимающий участие в
Литий применяется также в психотерапевтической практике. Медики не раз наблюдали, что некоторые соединения лития (в соответствующих дозах, разумеется) оказывает положительное влияние на больных, страдающих маниакальной депрессией. С одной стороны, установлено, что литий способен регулировать активность некоторых ферментов, участвующих в переносе из межклеточной жидкости в клетки мозга ионов натрия и калия. С другой стороны, замечено, что ионы лития непосредственно воздействуют на ионный баланс клетки. А от баланса натрия и калия зависит, в значительной мере, состояние больного: избыток натрия в клетках характерен для депрессивных пациентов, недостаток – для страдающих маниями. Выравнивая натрий-калиевый баланс, соли лития оказывают положительное влияние и на тех, и на других. Редко литий применяется при лечении иммуннодефицитных состояний.
Низкий уровень лития отмечается у больных с психическими расстройствами, почечными заболеваниями, а также у потомства больных алкоголизмом, при иммуннодефицитных заболеваниях, в том числе с риском новообразований.
Повышенная концентрация
лития в волосах может
Основные
источники поступления в
-продукты растительного происхождения: зеленые растения.
Наиболее известные и используемые человеком соединения:
Li2CO3 – карбонат лития, литонит;
[LiAl]Si2O6 – сподумен, кунцит;
LiAl [Si4O10] – петалит.
Суточное поступление лития в организм человека с продуктами питания составляет примерно 2 мг.
Медицинское применение лития ограничено. Соли лития (карбонат лития Li2CO3, литонит) используется при лечении маниакально-депрессивных психозов. Препараты лития возможно эффективны при лечении новообразований, сахарного диабета и алкоголизма.
Токсическая доза лития для организма человека составляет 92-200 мг.
Натрий (Natrium)
Роль в жизни животных и человека
В организме животного содержится примерно 0.1% натрия (по массе).
Натрий распределяется по всему организму. В организме человека натрий содержится в эритроцитах – красных кровяных клетках, в сыворотке, в пищеварительных соках, костях, мышцах, во всех внутренних органах, коже. 40% натрия находится в костной ткани.
Совместно с калием создает
трансмембранный потенциал клет
Его недостаток приводит к головной боли, слабости, слабой памяти, потере аппетита. При недостатке натрия стенки желудка будут слабыми, и повысится кислотность желудочного сока, могут возникнуть проблемы с мочевым пузырем, возникает утомляемость.
Избыток натрия приводит к задержке воды в организме (отекам), гипертонии, заболеваниям сердца.
Основные
источники поступления в
- Поваренная соль;
- Все соленые продукты;
- Морепродукты;
- Овощи и зелень: шпинат,
капуста, мята, укроп, петрушка, морковь,
лук, салат-латук, перец,
- Ягоды: черная смородина, клюква;
- Лимоны;
- Продукты животного происхождения: колбаса, сало, соленая рыба, икра, сыр.
Наиболее известные и используемые человеком соединения:
NaCl – хлорид натрия, поваренная соль, галит;
NaHCO3 – гидрокарбонат натрия, питьевая сода, пищевая сода, натрий двууглекислый.
Среднее содержание натрия в организме человеческом организме составляет 100 г на 70 кг.
Суточное поступление натрия в организм с продуктами питания составляет в среднем 4.4 г.
В медицине хлористый натрий применяют в виде изотонического 0.0% раствора при обезвоживании организма (такая концентрация называется физиологическим раствором, т.к. соответствует соляному составу плазмы крови). Натрий входит в состав многих лекарственных препаратов, в том числе антибиотиков, викасола – синтетического производного витамина К.
Натрий-калиевый насос:
Для нормальной жизнедеятельности клетке требуется интенсивный обмен различными веществами с внеклеточной средой. Обмен может происходить путем пассивного транспорта, когда вещества поступают в клетку по градиентам концентрации (например, кислород, углекислый газ, глюкоза) или путем осмоса (вода). Но клетка может осуществлять транспорт и против концентрационных или электрических градиентов. Такой транспорт требует затрат энергии и называется активным. Обмен осуществляется при помощи специальных белков, образующих в мембране так называемые каналы. В модели показана работа такого канала (насоса), обеспечивающего движение ионов натрия и калия через клеточную мембрану. Внутриклеточная часть белка расщепляет молекулы АТФ. Это обеспечивает выделение из клетки трех ионов натрия и поступление двух ионов калия. Таким образом, внутри клетки поддерживается высокая концентрация калия (в 35 раз выше, чем вне клетки) и низкая концентрация натрия (в 14 раз ниже внеклеточной). Это важно для создания электрических потенциалов на мембранах, процесса возбуждения в нервных и мышечных клетках, нормального протекания других внутриклеточных процессов (рисунок 1).
Рисунок 1 – Натрий-калиевый насос
Калий (Kalium)
Роль в жизни животных и человека
В организме животных содержание калия примерно 0.2 5- 0.27% (по весу). Калий вместе с натрием создает трансмембранный потенциал клеток животных и человека и обеспечивает возбудимость клеточной мембраны, что достигается за счет разности концентраций ионов Na+ и K+, внутри клетки больше K+, снаружи больше Na+. Входит также в состав натрий-калиевого насоса (Na+/ K+ - насос), особого белка (порового комплекса), пронизывающего всю толщу мембраны, выкачивающего из клетки ионы натрия и закачивающего в нее ионы калия. Калий влияет на солевой и кислотный баланс крови, функционирование нервов и мышц, образование гликогена, синтез белков, необходим для нормального функционирования всех мышц, особенно сердечной, способствуют выделению из организма воды.
В организме человека массой 70 кг содержится 140 грамм калия. Взрослый человек должен в сутки потреблять с пищей 2-3 мг на 1 кг веса, а ребенок 12-13 мг на 1 кг веса. Организм ребенка, как и молодое растение, требует больше калия, чем организм взрослого. Калий способствует выделению натрия и тем самым устраняет отеки, помогает при ревматизме, улучшает работу кишечника. Недостаток калия ведет к заболеваниям глаз, плохой памяти, пародонтозу. Выводится калий из организма с мочой, калом и потом.
Основные источники поступления в организм:
- Овощи: шпинат огурцы, картофель, морковь, лук, салат-латук, петрушка, спаржа, хрен, одуванчик, горох, соя, фасоль, чеснок;
- Черная смородина;
- Чернослив;
- Изюм;
- Мясо.
Наиболее известные используемые человеком соединения:
KOH – гидроксид калия, едкий калий;
KCl – хлорид калия, сильвин;
K2SO4 – сульфат калия, арканит;
KAl(SO4)2 ∙12H2O – алюмокалиевые квасцы.
Суточное потребление калия с продуктами питания составляет 3-4 г.
В медицине соли калия применяют в качестве мочегонных и слабительных средств.
Сердечникам, в первую очередь людям перенесшим инфаркт миокарда, для восполнения потерь калия в организме врачи настоятельно рекомендуют есть курагу, так как в 100 граммах кураги содержится до 2 г калия.
Растворение кристалла хлорида калия:
Ионы расположенные на поверхности кристалла, притягивают к себе молекулы воды. К ионам калия молекулы воды притягиваются своими отрицательными полюсами, а к хлорид-ионам – положительными. Вслед за первым слоем ионов в раствор переходит следующий слой, таким образом растворяется весь кристалл. Сходным образом растворяются и другие соли (рисунок 2).
Рисунок 2 – Растворение кристалла хлорида калия
IIA группа
Бериллий (Beryllium)
Роль в жизни животных и человека
В организме взрослого человека содержание бериллия составляет от 0.4 до 40 мкг. Обнаружен бериллий в легких, лимфатических узлах, печени, сердечной мышце, костной ткани. Основной путь поступления в организм человека и животных — ингаляционный, через дыхательные пути. Поступление с пищей и водой очень незначительно. Биологическая роль бериллия в том, что он участвует в обмене кальция, магния и фосфора в костной ткани.
Если для растений бериллий безвреден, то у животных он вызывает так называемый бериллиевый рахит. Повышенное содержание солей бериллия в пище способствует образованию в организме растворимого фосфатного бериллия. Постоянно «похищая» фосфаты, бериллий тем самым способствует ослаблению костной ткани — это и есть причина болезни.
Многие соединения бериллия ядовиты. Они могут стать причиной воспалительных процессов кожи и органов дыхания: бериллиоза — специфического заболевания, вызываемого вдыханием бериллия и его соединений. При кратковременном вдыхании больших концентраций растворимых соединений бериллия возникает острый бериллиоз, представляющий собой раздражение дыхательных путей, иногда сопровождающееся отеком легких и удушьем. Есть и хроническая разновидность бериллиоза. Для нее характерны менее резкие симптомы, но большие нарушения всего организма. Поэтому допустимые пределы содержания бериллия в воздухе очень малы — всего 0.001 мг/м3.
Основные
источники поступления в
- Воздух;
- Продукты животного происхождения: мясо, легкие, печень.
Наиболее известные и используемые человеком соединения:
Be3Al2(SiО3)6 — берилл.
Суточное поступление бериллия с продуктами питания составляет 0.01 мг, а с воздухом 0.000009 мг.
В медицине бериллий применяется в рентгеновских установках.
Магний (Magnesium)
Магний участвует в аккумуляции солнечной энергии, он входит в состав молекулы хлорофилла, являясь центральным атомом в молекуле (рис. 3). Хлорофилл поглощает солнечную энергию и с ее помощью превращает углекислый газ и воду в сложные органические вещества: сахар, крахмал и др. Магний является обязательным компонентом рибосом: при его участии (вместе с АТФ) происходит связывание аминокислот с т-РНК в процессе биосинтеза белка. Ионы магния Mg2+ «сшивают» молекулы белка в клубочки, обеспечивая поддержание структуры в белковых молекулах. Магний катализирует синтез АТФ их нуклеозиддифосфатов, активирует ферментные системы превращения яблочной кислоты в лимонную, щавелевой – в муравьиную и углекислый газ.
Рисунок 3 – Молекула хлорофилла а
Роль в жизни животных и человека
В организме животного содержится примерно 0.03 — 0.07% магния (по массе), он входит в состав костей и зубов, содержится в печени, крови, нервной ткани и мозге, участвует в белковом и углеродном обмене. При весе человека 70 кг в организме содержится 19 — 20 г магния. Он оказывает антисептическое и сосудорасширяющее действие, понижает артериальное давление и содержание холестерина в крови, усиливает процессы торможения в коре головного мозга, успокаивающее (седативное) действие на нервную систему, играет большую роль в активизации защитных сил организма на борьбу против рака. Магний укрепляет иммунную систему, обладает антиаритмическим действием, способствует восстановлению сил после физических нагрузок.
При недостатке магния повышается
предрасположенность к
Выводится магний из организма с мочой, калом и потом.
Основные источники поступления в организм:
-Продукты растительного происхождения: фрукты, орехи (миндаль, арахис, грецкий орех), овощи (помидоры, картофель, тыква, фасоль, салат-латук), мята, цикорий, оливки, петрушка, цельное зерно пшеницы, овса, гречихи, ржаной хлеб, пшено, отруби.
- Продукты животного происхождения: печень, яичный желток.
Наиболее известные и используемые человеком соединения:
MgSO4·7H2O – сульфат магния, горькая английская соль;
MgCO3 – карбонат магния, магнезит;
MgO – оксид магния, жженая магнезия;
Силикаты магния: тальк 3MgO·4 SiO2·Н2О, асбест СаО · 3MgO · 4 SiO2
Суточное поступление магния с продуктами питания составляет 240 — 720 мг.
Сульфат магния MgSO4 горькая или английская соль используется в медицине как слабительное, желчегонное и болеутоляющее средства.
Кальций (Calcium)
Роль в жизни животных и человека
В организме животного
в среднем от 1.9 до 2.5% кальция (по
массе). Кальций – это материал
для постройки костных
В организме человека 98-99% кальция содержится в костях скелета, которые выполняют функцию «депо» кальция; ионы кальция присутствуют во всех тканях и жидкостях организма: 1 г – в плазме крови, 6-8 г – в мягких тканях. При весе человека 70 кг содержание Сф в организме составляет 1700 грамм, причем 80% - фосфата кальция Ca3(PO4)2 и 13% - карбоната кальция CaCO3.
Кальций необходим для
процессов кроветворения и
Недостаток кальция приводит к остеопорозу, нарушениям в опорно-двигательной, нервной системах, недостаточной свертываемости крови.
Основные
источники поступления в
- Овощи и злаки:
горох, зеленый горошек,
- Фрукты и ягоды: яблоки, вишня, крыжовник, земляника, абрикосы, смородина, ежевика, апельсины, ананасы, персики, виноград;
- Миндаль;
- Кисломолочные продукты: творог, сметана, кефир.
Наиболее известные используемые человеком соединения:
CaCO3 – карбонат кальция, кальцит, мел, мрамор, известняк;
Ca3(PO4)2 – фосфат кальция, фосфоритная костная мука;
Ca(NO3)2 – нитрат кальция, кальциевая селитра;
CaO – оксид кальция, негашеная известь (кипелка);
Ca(OH)2 – гидрокид кальция (II), гашеная известь (пушенка);
CaSO4∙2H2O – кристаллогидрат сульфата кальция, гипс;
Ca(H2PO4)2 – суперфосфат.
Суточное поступление кальция с продуктами питания и водой составляет 800-1500 мг. Содержание кальция в некоторых пищевых продуктах представлено в таблице 1.
Таблица 1 – Содержание кальция (в мг) на 100 г некоторых пищевых продуктов
Продукт |
Кальций |
Сухие сливки |
1290 |
Сыры |
600-1040 |
Сухое молоко |
920 |
Сухая сыворотка молока |
890 |
Кефир, йогурт, сливки |
110-120 |
Творог |
80 |
Рыба |
30-90 |
Фасоль |
105 |
Финики |
160 |
Зеленая капуста |
210 |
Петрушка |
245 |
Шпинат |
125 |
Соя, бобы |
257 |
Орехи |
30-250 |
Сезам (семена) |
785 |
Хлеб с отрубями |
60 |
Стронций (Strontium)
Роль в жизни животных и для человека
В организме животных содержится 0.01% (по массе). Стронций способен накапливаться в живом организме. Некоторые морские организмы аккумулируют стронций из морской воды (там его 0.013%). Это большинство радиолярий, брюхоногий моллюск – морской слизняк Aplysia californica, головоногий моллюск Sepia officinalis, кораллы Stylophora pistillata и Galaxea fascicularis. Известны радиолярии, скелет которых целиком состоит из сульфата стронция SrSO4.Стронций в малой дозе способен повышать содержание крахмала в клубнях картофеля.
В организм человека вместе с пищей поступает 0.8 — 3.0 мг стронция. Во взрослом человеке, массой 70 кг содержится 320 мг стронция. Основное количество стронция (до 99%) накапливается в костях и зубах. Много стронция также в лимфатических узлах, легких, яичниках, печени и почках.
Стронций как аналог кальция активно участвует в обмене веществ и вместе с кальцием откладывается в костной ткани. При избыточном поступлении стронция возникает так называемый «стронциевый рахит» или «уровская болезнь». Это заболевание, впервые обнаруженное у населения, проживающего вблизи реки Уров в Восточной Сибири. Такая болезнь возникает вследствие вытеснения ионов кальция ионами стронция из костной ткани.
Радиоактивный изотоп стронция 90Sr, попадающий в атмосферу при испытаниях атомного оружия, может накапливаться в организме, особенно в костных тканях и костном мозге — органе кроветворения, что приводит к тяжелейшему заболеванию — лейкемии (рак крови). Под действием облучения стронция-90 в живом веществе происходят химические изменения: нарушается нормальная структура и функции клеток, что приводит к серьезным нарушениям обмена веществ. Кроме этого, излучение действует на молекулы ДНК и, следовательно, как правило, пагубно влияют на наследственность. В мирных целях радиоактивный стронций применяется в установках лучевой терапии костных опухолей.
Основные
источники поступления в
- Воздух;
- Продукты растительного происхождения: гречиха, картофель.
- Морепродукты.
Наиболее известные используемые человеком соединения:
SrSO4 – сульфат стронция, целестин;
SrO – оксид стронция;
SrCO3 – карбонат стронция, стронцианит.
Суточное поступление стронция в организм с продуктами питания составляет 1.9 мг.
В медицине стронций применяется также в качестве аппликатора при лечении некоторых кожных и глазных болезней.
IIIA группа
Бор (Borium)
Роль в жизни животных и человека
Содержание бора в организме животных составляет 0.0001% по массе. Биохимия бора в организме человека изучена мало. В организме взрослого человека содержится около 12 мг бора. Известно, что бор обнаружен в костной ткани в количестве 16 — 1.38 мг на 1 кг массы тела, а также в меньших количествах в нервной ткани, жировой клетчатке, плазме крови. Бор играет большую роль в обмене углеводов, жиров, ряда витаминов и гормонов, влияет на активность некоторых ферментов. Установлено, что бор способствует понижению основного обмена у больных тиреотоксикозом, усиливает гипогликемическое действие инсулина. Есть данные, указывающие на положительное влияние бора на рост и продолжительность жизни, а также влиять на обмен кальция, магния, фосфора и витамина D.
Бор производит угнетающее действие на некоторые ферменты, а также на гормоны. При ежедневном приеме небольших доз борной кислоты H3BO3 в течении длительного времени происходит сильное снижение веса. Потеря веса обусловлена не только повышением уровня обмена, но и отнятием воды из клеток и тканей. Обезвоживающее действие бора проявляется на протоплазме клеток, бор действует угнетающе на воспроизводительные функции и вызывает бесплодие.
Основные
источники поступления в
- Продукты растительного происхождения: овощи;
- Продукты животного происхождения: мясо.
Наиболее известные используемые человеком соединения:
H3BO3 – борная кислота;
Na2B4O7·10H2O – бура.
Суточное поступление бора в организм с продуктами питания составляет 1.3 мг, причем 1.1 мг бора поступает с пищей, а 0.23 мг – с водой.
В медицине издавна применяют соединения бора, такие как борная кислота H3BO3 (рис.4), бура Na2B4O7·10H2O. Известно, что соединения бора обладают противовоспалительным и противоопухолевым действием. Препараты бора применяют при лечении остеопороза, артритов.
Риунок 4 – структурная формула боной кислоты
Алюминий (Aluminium)
Роль в жизни животных и человека
Природные соединения алюминия практически нерастворимы, поэтому они не усваиваются живыми организмами. Содержание алюминия в организмах животных составляет 0.0001% (по массе).
Концентрация алюминия в тканях человека колеблется от 0.2 до 0.6 мкг/г. Больше всего алюминия содержится в ногтях (до 927 мг/кг), в волосах (до 10 мг/кг), в зубах (до 325 мг/г). В яичниках, семенниках, мышцах, мозге среднее содержание алюминия составляет 0.4 мкг/г. В легких концентрация этого элемента, при условии вдыхания пыли, содержащей соединения алюминия, может составлять 20 — 60 мкг/г.
Накапливается алюминий в костях, легких, печени и в сером веществе мозга. С возрастом в головном мозге и легких содержание алюминия увеличивается. Алюминий содержится в клетках всех органов человека в виде иона А13+. Он участвует в процессах регенерации соединительной и эпителиальной ткани, влияет на функцию околощитовидных желез, влияет на действие пищеварительных ферментов.
В небольших количествах алюминий необходим для организма, но в избытке он является токсичным элементом, поэтому опасен для здоровья, так как вызывает алюминиевую энцефалопатию.
Основные
источники поступления в

- Биологическая ценность белков
- Биологическая ценность продовольственных товаров и факторы их обуславливающие (Мед и его заменители)
- Биологическая школа криминологии, её представители и теории
- Биологически активные вещества
- Биологически активные вещества
- Биологически активные вещества
- Биологически активные вещества - витамины
- Биологическая роль натрия. Применение в медицине
- Биологическая роль рефлексов
- Биологическая роль фтора
- Биологическая роль химических элементов 1 группы главной подгруппы в организме человека
- Биологическая роль цинка
- Биологическая самоорганизация
- Биологическая трансформация органических соединений