1 курс 1 семестр / Химия / биогенные эл-ты
.docx2.Биогенные s- элементы. Связь между электронным строением s- и р- элементов и их биологическими функциями. Биохимическая роль и медико-биологическое значение биогенных s- элементов (водород, литий, натрий, калий, кальций, магний). Соединения s- элементов в медицине.
Свойства и биологическая роль некоторых s-элементов. Биогенные элементы подразделяют на три блока: s-, р-, d– блоки. Химические элементы, в атомах которых заполняются электронами, s-подуровень внешнего уровня, называют s-элементами. Строение их валентного уровня ns¹-². Небольшой заряд ядра, большой размер атома способствуют тому, что атомы s-элементов – типичные активные металлы; показателем этого является невысокий потенциал их ионизации.
Биохимическая роль и медико-биологическое значение биогенных s- элементов (водород, литий, натрий, калий, кальций, магний).
Водород. Водород вместе с азотом, кислородом и углеродом входит в группу так называемых элементов-органогенов.Именно из этих элементов в основном и состоит организм человека. Для организма важны соединения, в состав которых он входит, а именно вода, белки, жиры, углеводы, витамины, биологически активные вещества (за исключением минералов) и т.д. Наибольшую ценность, конечно, представляет соединение водорода с кислородом – вода, которая фактически является средой существования всех клеток организма. Другой группой важных соединений водорода являются кислоты – их способность высвобождать ион водорода делает возможным формирование рН среды. Немаловажной функцией водорода также является его способность образовывать водородные связи, которые, например, формируют в пространстве активные формы белков и двухцепочечную структуру ДНК.
Литий является условно-эссенциальным микроэлементом. Содержание лития в организме взрослого человека составляет около 70 мг. Преимущественно он находится (по уменьшению концентрации) в мозге, печени, почках, костях, сердце, легких. Биологическая роль лития
Биологическая роль лития установлена не до конца. По разным источникам литий может оказывать следующие эффекты:1)снижает возбудимость центральной нервной системы (препараты лития применяются в психиатрии); 2)регулирует транспорт натрия в нервных и мышечных клетках; 3)снижает количество доступного свободного норадреналина в центральной нервной системе; 4)снижает содержание серотонина в центральной нервной системе; 5)увеличивает чувствительность нейронов некоторых областей мозга к действию дофамина. Наиболее важными источниками лития являются некоторые растения (томаты), рыба и морепродукты, а также печень и лёгкие.
Натрий является макроэлементом, его содержание в организме взрослого человека составляет около 150-200 граммов. Обмен регулируется натрия гормонами щитовидной железы: при ее недостаточности натрий задерживается в тканях, а при гиперфункции натрий усиленно выводится из организма. Биологическая роль натрия: 1)поддерживает осмотическое давление и рН среды; 2)вместе с калием формирует электрический потенциал мембран клеток, за счет которого передается сигнал в нервных клетках, мышечных клетках и пр.; 3)участвует в транспорте через мембраны клеток аминокислот, сахаров, неорганических и органических анионов; 4)участвует в переносе оксида углерода в крови; 5)усиливает выделение почками различных продуктов метаболизма; 6)участвует в гидратации белков и растворении органических кислот; 7)участвует в образовании желудочного сока; 8)активирует ферменты слюны и поджелудочного сока.
Калий (К). Находится в печени, почках, сердце, мышцах. Ионы Калия-раслабляют мышцы. Влияет на процес фотосинтеза. Обуславливает сердечный ритм. Входит в состав клеточного сока, поддерживает осмотическое давление клетки.
Основные функции калия в организме: 1)обеспечение возбудимости и проводимости клеток нервной системы и мышечных клеток, участие в передаче нервных импульсов и сокращении мышечных клеток; 2)поддержка осмотического давления в клетках, тканях и биологических жидкостях; 3)обеспечение кислотно-щелочного равновесия; 4)участие в нервной регуляции сердечных сокращений.
Продукты с высоким содержанием калия в нашем магазине:Зелень,Курага,Шоколад,Овощи,Орехи,Фрукты,Соя,Отруби,Мясо,Рыба.
Биологическая роль кальция. Прежде всего, кальций является важнейшим структурным компонентом костей и зубов.
Также кальций регулирует проницаемость клеточных мембран, а также инициирует ответы клеток на различные внешние стимулы. Присутствие кальция в клетки или во внеклеточной среде обуславливает дифференцировку клетки, а также сокращение мышц, секрецию и перистальтику. Кальций регулирует активность многих ферментов (включая ферменты систем свертывания крови). Кальций регулирует работу некоторых эндокринных желез, обладает десенсибилизирующим и противовоспалительным эффектом.
Продукты с высоким содержанием кальция в нашем магазине:Орехи,Фасоль,Сухофрукты,Зелень,Яблоки.
Магний относится к макроэлементам, его содержание в организме составляет около 25 г.Значительное количество магния содержится в костной ткани (депо магния).
Биологическая роль магния: 1)вляется кофактором многих ферментов, в т.ч. кокарбоксилазы и коэнзима А (принимают участие в высвобождении энергии из пищи; 2)играет значительную роль при передаче нервных импульсов и необходим для ритмичной работы сердца; 3)активно участвует в обмене белка и нуклеиновых кислот; 4)регулирует митохондрильаную выработку и перенос энергии; 5)регулирует передачу сигнала в нервной и мышечной ткани; 6)способствует расслаблению гладкомышечных волокон; 7)снижает артериальное давление; 8)угнетает агрегацию тромбоцитов; 9)он ускоряет пассаж содержимого кишечника.
Соединения s- и р- элементов в медицине:
Натрий (Na) - один из основных элементов, участвующих в минеральном обмене животных и человека. Содержится главным образом во внеклеточных жидкостях (в эритроцитах человека около 10 ммоль/кг, в сыворотке крови 143 ммоль/кг); участвует в поддержании осмотического давления и кислотно- щелочного равновесия, в проведении нервных импульсов. Применение соединений натрия в медицине. 1) Гипертонический раствор натрия хлора. В следствии большого астматического давления обезвоживает клетки и способствует плазмолизу бактерий. Такой раствор применяют наружно при лечении гнойных ран.
Калий (К). Находится в печени, почках, сердце, мышцах. Ионы Калия-раслабляют мышцы. Влияет на процес фотосинтеза. Обуславливает сердечный ритм. Входит в состав клеточного сока, поддерживает осмотическое давление клетки.
Кальций (Ca) - превалирующий катион организма, минеральный компонент скелета, макроэлемент с множеством физиологических функций. 99% кальция организма содержится в костях скелета и зубах в виде гидроксиапатитов - соединений кальция с фосфатами. Лишь около 1% кальция находится в крови и других биологических жидкостях организма.
Магний (Mg) Суточная потребность человека в магние - 0,3-0,5 г; В организме магний накапливается в печени, затем значительная его часть переходит в кости и мышцы. В мышцах магний участвует в активировании процессов анаэробного обмена углеводов.
3.Биогенные р- элементы. Связь между электронным строением р- элементов и их биологическими функциями. Биохимическая роль и медико-биологическое значение биогенных р- элементов (углерод, азот, фосфор, кислород, сера, хлор, бром и йод). Соединения р- элементов в медицине.
р-элементы: Фосфор (P) - один из важнейших биогенных элементов, необходимый для жизнедеятельности всех организмов.Биологическая роль фосфора: необходим для нормального функционирования почек способствует росту и восстановлению организма нормализует обмен веществ важен для хорошей работы сердца является источником энергии способствует делению клеток регулирует кислотно-щелочной баланс активизирует действие витаминов уменьшает боли при артритах укрепляет зубы, десна и костную ткань участвует в регуляции нервной системы.
Препараты, содержащие иод, обладают антибактериальными и противогрибковыми свойствами, она оказывают также противовоспалительное и отвлекающее действие; их применяют наружно для обеззараживания ран, подготовки операционного поля. При приёме внутрь препараты иода оказывают влияние на обмен веществ, усиливают функцию щитовидной железы.
Сера (S). В печени-как продукты обеззараживания токсичных соединений.
Фтор (F). В виде неорганических соединений содержится главным образом в костях животных и человека - 100-300 мг/кг; особенно много фтора. в зубах. Поступает в организм животных и человека преимущественно с питьевой водой, оптимальное содержание фтора в которой 1-1,5 мг/л. При недостатке фтора у человека развивается кариес зубов, при повышенном поступлении - флюороз.
Биохимическая роль и медико-биологическое значение биогенных р- элементов (углерод, азот, фосфор, кислород, сера, хлор, бром и йод).
Углерод является элементом-органогеном.Его содержание в организме составляет 18% от общего веса, то есть более 12 кг для взрослого.
Биологическая роль углерода. Как и другие элементы-органогены, углерод в виде отдельного элемента не обладает биологическим значением, - биологической ролью обладают его соединения.
1)из различных соединений углерода (белки, жиры, углеводы, нуклеотиды, гормоны, амино- и карбоновые кислоты и др.) состоят все ткани организма; 2)является структурным компонентом всех органических соединений; 3)его соединения участвуют во всех биохимических процессах; 4)при окислении соединений углерода образуется необходимая для организма энергия. 5)оксид углерода (IV) CO2, образующаяся в результате окисления соединений углерода, стимулирует дыхательный центр, регулирует значение рН крови.
Азот – один из элементов-органогенов.Азот является составной частью таких веществ, как аминокислоты (а, следовательно, пептидов и белков), нуклеотиды, гемоглобин, некоторых гормонов и медиаторов.
Биологическая роль азота. Чистый (элементарный) азот сам по себе не обладает какой-либо биологической ролью. Биологическая роль азота обусловлена его соединениями. Так в составе аминокислот он образует пептиды и белки (наиболее важный компонент всех живых организмов); в составе нуклеотидов образует ДНК и РНК (посредством которых передается вся информация внутри клетки и по наследству); в составе гемоглобина участвует в транспорте кислорода от легких по органам и тканей.
Кислород относится к элементам-органогенам. Его содержание составляет до 65% массы тела человека, то есть более 40 кг у взрослого. Кислород наиболее распространенный окислитель на Земле, в окружающей среде он представлен в двух формах – в виде соединений (земная кора и вода: оксиды, пероксиды, гидроксиды и т.д.) и в свободном виде (атмосфера).
Фосфор относится к структурным (тканеобразующим) макроэлементам, его содержание в организме взрослого человека составляет около 700 г.
Большая часть фосфора (85-90%) находится в костях и зубах, остальное – в мягких тканях и жидкостях. Около 70% общего фосфора в плазме крови входит в органические фосфолипиды, около 30% - представлено неорганическими соединениями (10% соединения с белком, 5% комплексы с кальцием или магнием, остальное – анионы ортофосфата).
Сера является структурным макроэлементом, ее содержание в организме взрослого человека составляет около 140 г.
Сера в значительных количествах также находится и в растениях, где она содержится виде неорганических и органических соединений (содержащие серу гликозиды, аминокислоты и пр.). Какие продукты содержат серу. Наиболее важными источниками серы являются: яйцо, кунжут, соя, курица, тунец, ростки пшеницы, овес, орехи, кукуруза, фасоль, капуста, чечевица, нежирная говядина, молоко, рыба, моллюски, сыры, гречневая крупа, хлебобулочные изделия.
Хлор - один из важнейших биогенных макроэлементов, содержится во всех живых организмах.
В организме взрослого человека содержание хлора составляет 50-60 г. Биологически активной формой хлора являются хлорид-ионы.
Биологическая роль хлорид-ионов: 1)в связи с тем, что хлорид-ионы способны проникать через мембрану клеток, они вместе с ионами натрия и калия поддерживают осмотическое давление и регулируют водно-солевой обмен; 2)создают благоприятную среду в желудке для действия протеолитических ферментов желудочного сока; 3)благодаря наличию в мембранах клетоки митохондрий специальных хлорных каналов, хлорид ионы регулируют объем жидкости, трансэпителиальный транспорт ионов, создают и стабилизируют мембранный потенциал; 4)участвуют в создании и поддержании рН в клетках и биологических жидкостях организма.
Бром является условно-эссенциальным микроэлементом. Это означает, что его биологическая функция известна (или признана), однако явлений дефицита брома не наблюдают. Всего в организме взрослого человека содержится около 200 мг брома, по организму он распределяется равномерно. Биологическая роль брома. Бром избирательно усиливает ряд тормозных процессов в центральной нервной системе (ранее препараты брома назначали как успокаивающее средство). Местонахождения: гипофиз.
Биологическая роль йода. Основная биологическая роль йода заключается в синтезе гормонов щитовидной железы (тироксина и трийодтиронина), через которые он и реализует следующие эффекты:1)стимулирует рост и развитие организма; 2)регулирует рост и дифференцировку тканей; 3)повышает артериальное давление, а также частоту и силу сердечных сокращений; 4)регулирует (увеличивает) скорость протекания многих биохимических реакций; 5)регулирует обмен энергии, повышает температуру тела; 6)регулирует белковый, жировой, водно-электролитный обмен; 7)регулирует обмен витаминов; 8)повышает потребление тканями кислорода.
4.Биогенные d- элементы. Связь между электронным строением d- элементов и их биологическими функциями. Роль d- элементов в комплексообразовании в биологических системах (железо, медь, цинк, кобальт, марганец, молибден).
Свойства и биологическая роль некоторых d-элементов:
Элементы d–блока – это элементы, у которых происходит достройка d–подуровня предвнешнего уровня. Они образуют В – группы. Электронное строение валентного уровня d–элементов: (n-1)d1-10, ns1-2. Они расположены между s– и р–элементами, поэтому получили название «переходные элементы», d-элементы образуют 3 семейства в больших периодах и включают по 10 элементов (4-й период семейство Sc21 – Zn30, 5-й период – Y39 - Cd48, 6-й период - La57 – Hg80, 7-й период Ас89 – Mt109).
Вслед за лантаном 5d1 6s2 следовало ожидать появление ещё 8 элементов с всё возрастающим количеством 5d электронов. Но оказывается, что теперь 4f оболочка несколько более устойчива, чем 5d, так что у последующих 14 элементов электроны заполняют 4f оболочку, пока она целиком не застроится. Эти элементы называются f-элементами, они занимают в периодической системе одну клетку с лантаном, так как имеют общие с ними свойства и называются лантаноиды.
Особенности d-элементов определяются электронным строением их атомов: во внешнем электронном слое содержится, как правило, не более 2 s-электронов, р-подуровень свободный, происходит заполнение d-подуровня предвнешнего уровня. Свойства простых веществ d-элементов определяется в первую очередь структурой внешнего слоя, и лишь в меньшей степени зависят от строения предшествующих электронных слоев. Невысокие значения энергии ионизации этих атомов указывают на сравнительно слабую связь внешних электронов с ядром.
Железо входит в группу эссенциальных (жизненно важных) микроэлементов.
Биологическая роль железа: 1)обеспечивает транспорт кислорода (входит в состав гемоглобина); 2)обеспечивает транспорт электронов в окислительно-восстановительных реакциях организма (входит в состав цитохромов и железосеропротеидов); 3)участвует в формировании активных центров окислительно-восстановительных ферментов.
Пищевые источники железа.Наиболее богаты железом следующие продукты: красное мясо, чечевица, фасоль, птица, рыба, листовые овощи, сыр тофу, и пр. Железо легче усваивается из мяса (гемовое железо), чем из овощей.
Кобальт входит в группу эссенциальных (жизненно необходимых) микроэлементов, его содержание в организме взрослого человека составляет 0,2 мг/кг.
Пищевые источники кобальта (цианокоболамина): Витамин В12 содержится только в продуктах животного происхождения. Основные источники - печень, почки, мясо, рыба, яйца, молоко, молочные продукты, обогащенные пищевые продукты.
Медь является одним из важнейших эссенциальных (жизненно-необходимых) микроэлементов.
В организме взрослого человека содержание меди составляет примерно 100-200 мг, при этом около 50% всей меди находится в мышцах, а еще 10% в печени. В организме человека способствует процессам кроветворения, синтеза гемоглобина, образовании пигмента меланина. В организме растений принимает участие в процессе фотосинтеза.
Цинк относится к эссенциальным (жизненно необходимым) микроэлементам, его содержание в организме взрослого человека составляет 1,5-2 г.
Преимущественно цинк находится в скелетных мышцах (63% всего цинка).
Значительные концентрации цинка обнаружены в коже, волосах, костной ткани, печени, сетчатке глаза, предстательной железе. Биологическая роль цинка: 1)является компонентом многих ферментов в организме (известно о более 300); 2)влияет на рост клеток, особенно в время их репродукции и дифференциации; 3)участвует в обмене нуклеиновых кислот, транскрипции; 3)участвует в обмене белков; 4)участвует в обмене витамина А; 5)поддерживает концентрацию витамина Е в крови, в т.ч. облегчая его всасывание; 6)участвует в связывании некоторых гормонов с соответствующими рецепторами; 7) поддерживает репродуктивную функцию; 8)участвует в кроветворении; 9)участвует в процессах регенерации кожи, секреции сальных желез; 10)участвует в росте ногтей, волос; 11)повышает иммунитет; 12)снижает эффект токсических веществ; 13)участвует в работе вкусовых и обонятельных рецепторов.
Марганец относится к эссенциальным (жизненно важным) микроэлементам.
Его содержание в организме взрослого человека составляет 12-20 мг.
Наибольшие концентрации марганца наблюдают в головном мозге, печени, почка, поджелудочной железе.
Биологическая роль марганца: 1)активирует или входит в состав многих ферментов; 2)является катализатором некоторых реакций в организме человека; 3)участвует в синтезе белка, нуклеиновых кислот, нейромедиаторов; 4)участвует в обмене инсулина, гормонов щитовидной железы; 5)препятствует окислению свободными радикалами, обеспечивая стабильность клеточных мембран; 6)регулирует функционирование мышц, развитие соединительной ткани, хрящей, скелета; 7)повышает утилизацию жиров и углеводов.
Молибден является эссенциальным (жизненно необходимым) микроэлементом.
Его содержание в организме взрослого человека составляет примерно 5 мг, наибольшие его концентрации наблюдают в печени и почках.
Биологическая роль молибдена
Молибден - кофактор многих ферментов, которые обеспечивают метаболизм аминокислот (содержащих в своей структуре атом серы), а также ферментов, обеспечивающих метаболизм пуринов и пиримидинов.1)повышает эффективность применения антиоксидантов (например, витамина С); 2)является важным компонентом тканевого дыхания; 3)улучшает накопление азота в организме; 4)увеличивает синтез аминокислот в организме.