Va группа Азот (Nitrogenium)

Азот — биоэлемент, является структурной единицей органических соединений, участвующий в построении организмов и обеспечении их жизнедеятельности. Входит в состав важнейших биополимеров, таких как белки, нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК), а также в состав некоторых витаминов и гормонов. В воздухе азота содержится 78% по объему и 75.50% по массе.

Роль в жизни животных и человека:

Животные и человек получают азот в виде белков и других азотсодержащих продуктов их растений и животных (рис.6). В животном организме содержится от 1 до 10% азота (по массе), в шерсти и в рогах — около 15%.

Азот необходим для процессов обмена веществ. Все важнейшие части клеток (цитоплазма, ядро, оболочка и др.) построены из белковых молекул.

Белки — необходимая составная часть питания человека. Азот поступает в организм с пищевыми продуктами, в состав которых входят белки и другие азотсодержащие вещества. Эти вещества расщепляются в желудочно-кишечном тракте и затем всасываются в виде аминокислот и низкомолекулярных пептидов, из которых организм строит свои собственные аминокислоты и белки. Некоторые необходимые для жизни аминокислоты (так называемые незаменимые аминокислоты: валин, лейцин, изолейцин, треонин, фенилаланин, триптофан, лизин, аргинин, гистидин, метионин) организм человека синтезировать не способен и получает их с пищей в «готовом» виде.

Рисунок 6 - Модель молекулы ДНК. Серым цветом показаны атомы водорода, красным — кислорода, розовым — фосфора, черным — углерода, синим — азота.

Физиологическая роль азота в организме связана, прежде всего, с белками и аминокислотами, их метаболизмом, участием в жизненно важных процессах. Аминокислоты являются исходными соединениями при биосинтезе белков, гормонов, витаминов, пигментов и др. веществ. Белки в живом организме выполняют ряд жизненных функций: пластическую (входят в состав органоидов клеток, тканей, органов); ферментативную (являются биологическим катализаторами химических реакций); сократительную (обеспечивают механизм движения в клетке и организме); транспортную (переносят вещества); запасную (обеспечивают формирование организма в яйце, икринке); защитную (способствуют формированию иммунитета) и др.

Отработанные белки в организме расщепляются с выделением энергии, при этом образуются конечные продукты распада: NH₃, С0₂ и Н₂0. Из организма азот (в виде мочевины) выводится вместе с мочой, калом, выдыхаемым воздухом, а также с потом, слюной и волосами.

Отсутствие или недостаток их в пище вызывает серьезные заболевания. Избыток соединений азота токсичен для живого организма.

Основные источники поступления в организм:

• Продукты животного происхождения (мясо, рыба, птица);

• Горох, соя, чечевица, орехи, грибы;

• Кисломолочные продукты.

Наиболее известные и используемые человеком соединения:

N₂ - азот;

NH₄Cl - хлорид аммония;

NH4OH - гидроксид аммония, нашатырный спирт;

NaNO3 - нитрит аммония;

NH₃ - аммиак.

Суточное потребление азота с продуктами составляет 13 - 16 г.

NH₄OH нашатырный спирт - 3 - 10% водный раствор аммиака - используется для возбуждения сердечной деятельности и центра дыхания. NH₄Cl хлорид аммония - отхаркивающее средство. NH₂Cl монохлорамин - дезинфицирующее средство. N₂0 оксид азота (I) в смеси с 0₂ кислородом применяется для газового наркоза. NaN0₂ нитрит натрия - спазмолитическое средство.

Фосфор (Phosphorus)

Роль в жизни животных и человека

В организме животных содержание фосфора составляет в среднем 0.95% по массе. В организме человека содержится около 4.5 кг фосфора, чаще всего в соединении с кальцием. Из этого количества около 4.4 кг приходится на кости, около 130 г на мышцы и 12 г — на нервы и мозг, много фосфора содержится в крови и молоке.

Фосфор входит в состав, липидов, ДНК, РНК, АТФ. Почти все важнейшие физиологические процессы человека и животных связаны с превращением фосфоросодержащих веществ: построение клеточных мембран, образование костей, поглощение и перенос глюкозы, глицерола и жирных кислот, энергетический метаболизм, кислотно-щелочное равновесие.

Для организма человека фосфора необходимо почти вдвое больше, чем кальция, хотя кальций и фосфор — «неразлучные» минеральные вещества, они не могут друг без друга. Фосфор, так же как и кальций, является составной частью костной ткани. Зубная эмаль — это соединения фосфора, которое по составу и кристаллическому строению соответствует важнейшему минералу фосфора гидроксидапатиту Ca5OH(PO₄)3. Если нарушается баланс фосфора и кальция, организм для своего «выживания» вынужден брать кальций из «костного запаса»: зубов, ногтей, крупных суставов.

В активно работающих органах — печени, мышцах, мозге — наиболее интенсивно расходуется АТФ. Фосфорсодержащий фермент фосфорилаза катализирует реакции, связанные с использованием запасных углеводов и, следовательно, обеспечивает клетки энергией. В процессе окисления углеводов в тканях мозга важную роль играют дифосфопиридиннуклеотид и неорганический фосфат. Поэтому академик Ферсман А. Е. назвал фосфор «элементом жизни и мысли». Суточная потребность в фосфоре составляет 1.3 г. Из организма фосфор выводится с мочой и калом.

Основные источники поступления в организм:

• Овощи: зеленый горошек, шпинат, огурцы, редис, оливки, сельдерей, цветная капуста;

-Фрукты: яблоки, груши;

• Злаки: бобы, рожь, ячмень, пшеница, овес, пророщенная пшеница, цельные зерна пшеницы, соя, чечевица;

• Орехи: фундук, арахис, грецкие орехи, кешью;

• Продукты животного происхождения: сыр, мясо, яйцо, лосось, сардины, креветки, печень

трески;

• Грибы.

Наиболее известные и используемые человеком соединения:

Р₄ - белый фосфор;

Р_n - краcный фосфор;

Н3РО4 - ортофосфорная кислота.

В сутки с продуктами питания в организм человека поступает 1000-3000 мг фосфора.

Различные соединения фосфора входят в состав лекарственных препаратов для лечения заболеваний сердца, печени, желудка; фосфаты цинка используются как пломбировочный материал в стоматологии.

Мышьяк (Arsenicum)

Роль в жизни животных и человека

Морские растительные и животные организмы содержат в среднем стотысячные, а пресноводные и наземные — миллионные доли процента мышьяка. Микрочастицы мышьяка усваиваются и клетками человеческого организма, элемент №33 содержится в крови, тканях и органах; особенно много его в печени — от 2 до 12 мг на 1 кг веса. Ученые предполагают, что микродозы мышьяка повышают устойчивость организма к действию вредных микробов.

Содержание мышьяка в морских организмах выше, чем в наземных (в рыбах 0.6 - 4.7 мг в кг сырого вещества, накапливается в печени). Среднее содержание мышьяка в теле человека 0.08 - 0.2 мг/кг. В крови мышьяк концентрируется в эритроцитах, где он связывается с молекулой гемоглобина (причем в глобиновой фракции содержится его вдвое больше, чем в геме). Наибольшее количество его (на 1 г ткани) обнаруживается в почках и печени. Много мышьяка содержится в легких и селезенке, коже и волосах; сравнительно мало — в спинномозговой жидкости, головном мозге (главным образом гипофизе), половых железах и др. В тканях мышьяк находится в основной белковой фракции, значительно меньше — в кислоторастворимой и лишь незначительная часть его обнаруживается в липидной фракции.

Соединения мышьяка применяют в биохимии как специфические ингибиторы ферментов для изучения реакций обмена веществ. Известно, что мышьяк взаимодействует с тиоловыми группами белков, цистеином, липоевой кислотой. Мышьяк участвует в окислительно- восстановительных реакциях: окислительном распаде сложных углеводов, брожении, гликолизе и т. п.

Среднесуточное поступление мышьяка с пищевыми продуктами в организм человека зависит от вида пищевого рациона и при незначительном потреблении продуктов моря и отсутствии загрязнения этим элементом не превышает 0.2 мг (при большом употреблении рыбы — до 1 мг). Предел суточного поступления мышьяка, установленный ВОЗ, составляет 0.05 мг на 1 кг массы тела.

Мышьяк относится к так называемым «тиоловый ядам». Механизм его токсичности связан с нарушением обмена серы, селена и фосфора. Органами-мишенями при избыточном содержании мышьяка в организме являются костный мозг, желудочно-кишечный тракт, кожа, легкие и почки. Употребление в пищу продуктов с повышенным содержанием мышьяка служит причиной воз­никновения анемии, расстройства сердечной деятельности, периферической невропатии, бородавчатого кератоза ладоней и подошв. Токсическое влияние мышьяка на человеческий организм варьируется в зависимости от его дозы и продолжительности приема. Симптомы острой интоксикации — тошнота, рвота, боли в желудке; хронической — слабость, мышечные боли, прострация. Острая и хроническая интоксикация сопровождаются сонливостью, головной болью, спутанностью сознания, судорогами. Помощь и противоядия при отравлении мышьяком: прием водных растворов тиосульфата натрия Na2S2O3, промывание желудка, прием молока и творога; специфическое противоядие — унитиол. ПДК в воздухе для мышьяка 0.5мг/м. Работают с мышьяком в герметичных боксах, используя защитную спецодежду.

Токсическая доза для человека — 5-50 мг. Летальная доза для человека — 50 - 340 мг.

Основные источники поступления в организм:

• Вдыхаемый воздух;

• Питьевая и минеральная вода, виноградные вина, соки;

• Морепродукты;

• Медицинские препараты;

• Пестициды и гербициды.

Наиболее известные и используемые человеком соединения:

AS2O3 — оксид мышьяка (III);

FeAsS — арсенопирит мышьяка;

GaAs — арсенид галлия;

InAs — арсенид индия;

(C₆H₅)2AsCl — дифенилхлорарсин;

(C₆H₅)₂AsCN — дифенилцианарсин;

AsH₃ — арсин;

H₃As0₄ — мышьяковая кислота.

Неорганические соединения мышьяка в незначительных количествах входят в состав общеукрепляющих тонизирующих средств, содержаться в лечебных миниральных водах и грязях, а органические соединения мышьяка используют как антимикробные и противопротозойные препараты.

Изотопы мышьяка ⁷⁴As, ⁷⁶As используют в онкологии для уточнения локализации опухоли мозга, степени радикальности проведенной операции. Изотоп ⁷⁶As применяют в онкогематологии в качестве терапевтического средства при лейкозах и других болезнях.

Висмут (Bismuthum)

Роль в жизни животных и человека

В животных содержание висмута составляет 0.00002% (по массе).

В организм человека висмут поступает с пищей, а также с воздухом и водой в количестве 5 - 20 мкг в сутки.

Висмут в организме человека обнаружен в различных органах и тканях: крови, мышцах, волосах, почках, костях, головном мозге и др. Накапливается висмут в печени, почках, селезенке и костях.

Висмут принимает участие в процессах синтеза некоторых белков, образует структуры клеток почек.

Соединения висмута не вызывают отравления, что объясняется трудностью всасывания соединений висмута. Избыток молочной кислоты может переводить висмут в растворимое соединение и способствует его всасыванию. При всасывании висмута проявляются как его токсические, так и специальные терапевтические свойства. Ядовитость висмута при введении в кровь высока — около 1 мг на кг живого веса — и колеблется в зависимости от быстроты введения и от вида животного.

Отравление висмутом может быть острым и хроническим. Первое наблюдается как при применении висмута на большие свежие раневые поверхности, так, особенно, экспериментально на животных при введении в кровь растворимых соединений висмута, не осаждающих белка и потому не вызывающих эмболии. Введение соединений висмута под кожу вызывает также отравление, но медленнее, и дозы для токсического эффекта гораздо выше, особенно при применении нерастворимых соединений, лишь постепенно рассасывающихся. Следует отметить, что и растворимые соединения при введении под кожу осаждаются сперва, также, в виде нерастворимых соединений и лишь затем, рассасываются. Это рассасывание происходит благодаря переводу кровью и соками организма нерастворимых соединений висмута в коллоидальные растворимые причем, в переносе висмута из места введения в другие органы принимают участие лейкоциты. Захваченный лейкоцитами и разнесенный током крови и лимфы по всему организму висмут накапливается в селезенке, центральной нервной системе и органах выделения, каковыми являются почки, печень, кишечник, слюнные железы. Обнаружен был висмут также в поту и слезах. Моча, содержащая висмут, через несколько часов темнеет, а затем из нее выпадает черный осадок, - вероятно, сернистый висмут, образующийся при участии мочевой флоры.

У человека, после применения токсической дозы, симптомы отравления появляются через несколько дней: вначале обнаруживается пигментация во рту, причем, на деснах появляется черная кайма, вызываемая отложением сернистого висмута; затем - стоматит, иногда язвенный, могущий распространиться на гортань и пищевод, тошнота, рвота, метеоризм, понос, слущивание почечного эпителия. Далее наступает упадок питания, исхудание; появляются нервные симптомы - неподвижность затылка, повышенная чувствительность, судороги и сердечные расстройства (неправильный пульс и слабость сердца). Картина при отравлении висмутом выражается в поражении печени, частью застойного, частью дегенеративного, а иногда и склеротического характера.

Основные источники поступления в организм:

• Воздух;

• Вода;

• Продукты питания животного происхождения.

Наиболее известные и используемые человеком соединения:

BiOHN0₃ — нитрат висмута основной, викаир, викалин;

Вi[С6Н2(ОН)зСОО](ОН)2 — дигидроксид-галлат висмута (III).

Суточное поступление висмута в организм с продуктами питания составляет 0.02 мг. а с воздухом — 0.00001 мг.

Субнитрат висмута в виде мазей и присыпок используется как защитное и противовоспалительное средство при дерматите, экземе, эрозиях и язвах кожи. Препараты висмута обладают антибактериальным действием. Нитрат висмута основной BiONO3; (викаир, викалин) оказывает вяжущее, противокислотное и умеренное слабительное действие.

Дигидроксид-галлат висмута (III) Вi[С₆Н2(ОН)зСОО](ОН)₂ применяется в виде порошка для присыпки и ожогов.

Изотоп ²⁰⁶Bi используется для лечения лимфатической лейкемии.