Практическое занятие № 2 Тема: Химия биогенных элементов

Элементы, принимающие непосредственное участие в жизненных процессах или входящие в состав веществ, участвующих в метаболизме называются биогенными элементами. Классификация биогенных элементов основана на их электронном строении, количественном содержании в организме, выполняемых функциях и на ряде других факторов. По электронному строению биогенные элементы классифицируются на s, p и d группы.

По количественному содержанию в организме они классифицируются на:

Макробиогенные элементы — содержание в организме составляет более 1%. К ним относятся O, C, H, N, Ca, P;

Олигобиогенные элементы — содержание в организме составляет 0,01—1%. К ним относятся Mg, Fe, K, Na, Cl, S; ,

Микробиогенные элементы — содержание в организме составляет менее 0,01% (Cu, Zn, Mn, Mo, Cr, Au, Se, Bi, Ag, Br, I, F и другие). Их количества минимальны, но значение в жизнедеятельности в организме неоценимо важно.

Иногда говорят о чет­вертой группе —  ультрамикробиогенных элементах, концентрация в организме элементов этой группы не превышает 0,000001%; к ним относятся литий, кремний, олово, кадмий, селен, титан, ванадий, хром, никель, ртуть, золото и многие другие. Для некоторых ультрамикробиогенных элементов установлено биологическое значение в жизнедеятельности организмов, для других — нет. Такая классификация биогенных элементов в некоторых случаях является достаточно условной. Причиной тому является различное их содержание по месту проживания человека. Например избыток никеля в регионе проживания ведёт к его избыточному количеству и в организме человека. А это в свою очередь выводит этот элемент из числа ультрамикробиогенных, приближает к числу микробиогенных элементов и ведёт к изменению классификации по количественному содержанию.

По значению роли элемента в жизнедеятельности человека биогенные элементы классифицируют на три основные группы:

Жизненно выжные или эссенциальные элементы. К их числу относятся все макро- и микробиогенные элементы. Их отсутствие или резкое уменьшение концентрации в организме приводит к остановке жизненных процессов или значительным изменениям в процесса обмена веществ. Например Fe, Cl, Cu, Zn, I и др. Без этих элементов жизнь невозможна.

Условно жизненно необходимые элементы – эти элементы в обязательном порядке присутствуют в организме человека, но их функция в биохимических процессах до конца не исследована. К ним относятся Cr, Ni и Cd. В то же время уменьшение концентрации хрома в организме ведёт к уменьшению глюкозы в крови. Но механизм влияния хрома на метоболизм сахара до сих пор не доказан.

Элементы, биологическая роль которых в организме не изучена. Элементы этой группы постоянно присутствуют в живом организме, но неизвестно в состав каких веществ они входят и какова их биологическая необходимость неизвестна. К таким элементам относятся Ba, Bi, U, Ru,Br, Al. Также присутствие и количество некоторых тех или иных элементов в организме человека зависит от возраста, пола, рода деятельности и времени года. Например, количество меди в печени зародыша в 10 раз превышает его количества в печени взрослого человека. Количество Мо в печени новорождённого в 10 раз больше, чем в организме. Количество Cd в почках, железа и меди в плазме крови увеличивается по мере роста ребёнка и достигает среднего значения в организме взрослого человека к 15-16 годам. Количество титана в организме пожилого человека по сравнению с ребёнком в 10 раз больше. При патологических процессах меняется распределение биогенных элементов в организме.

Кобальт обнаруживают в гипофизе, тканях глазного яблока, коже, костях, крови, в плазме крови, в печени, лёгких, поджелудочной железе, селезёнке, клетках яичников, в тканях сердца, щитовидной железы. Из них наибольшее количество кобальта депонируется в клетках яичников (8,2-9,6·10^-5 %) и наименьшее количество в клетках глаза (1,8-3,7·10^-7 %).

Марганец встречается практически во всех органах и тканях. Наибольшее количество содержит гипофиз (2,8·10^-4 %), кости (3·10^-4 %) и клетки яичников (1,0-1,3·10^-7%). Наименьшее количество марганца содержится в плазме крови (9,6·10^-7- 2,5·10^-6%).

Железо. Наибольшее количество его содержится в крови (4,1-6,0·10^-2 %), печени (3,1·10^-2 %), в надпочечниках, лёгких, в почках (1,9·10^-2 %). Наименьшее количество железа содержится в плазме крови (7,0·10^-5%). Также железо содержится в костях, коже, в сером веществе головного мозга, гипофизе.

Цинк содержится почти во всех органах и тканях (за исключением серого вещества головного мозга). Больше всего его в волосах (1,6·10^-2 %), в гипофизе (8,6·10^-3 - 1,6·10^-2 %), печени (4,2·10^-3 - 1,4·10^-2 %). Наименьшее его количество встречается на коже (1,7·10^-5 %).

Иод. Большое количество иода содержится в щитовидной железе (4,0·10^-3 - 1,9·10^-2 %), наименьшее в крови (1,2·10^-5 %) и костях (3,0·10^-5 %). В плазме крови и в эритроцитах иода не бывает.

Организм человека депонирует в органах и тканях те или иные элементы. Например, в печени депонируется около 20ти элементов. К их числу относятся Cu, Zn, Mn, Fe, Si, Al, Ti. В поджелудочной железе собираются Zn, Co, Ni, в надпочечниках Br, I, Si, Ti, Pb, Cr и Zn.

Большинство s- и p- элементов - жизненно важные и физиологически активные элементы. К тому же ряд s- элементов I и II групп и некоторые p-элементы встречаются в составе лекарственных препаратов. При определении качественного состава веществ пользуются качественными реакциями. Целью качественного анализа является определение тех или иных катионов или анионов, а также функциональных групп в составе органических соединений. Качественные реакции широко применяются в медицинской практике. В частности для определения качественного состава биологических жидкостей, для определения состава продуктов питания.

Наряду с s-, p- элементами, большинство d- элементов, несмотря на малые количества, играют важную роль в деятельности организма. Кроме того большинство микроэлементов, такие как марганец, кобальт, никель, цинк, медь, молибден, железо и другие относятся к жизненно важным эссенциальным элементам, без которых жизнь невозможна. Они также входят и в состав лекарственных препаратов. Благодаря своей электронной структуре d- элементы имеют переменные степени окисления и участвуют в реакциях окисления-восстановления, проявляют склонность к комплексообразованию. Поэтому их качественные реакции основаны именно на этих свойствах.