Биологическая роль d-элементов.
Хром. Хром относится к биогенным элементам, содержащимся в растительных и животных организмах. Общая масса хрома у взрослого человека равняется приблизительно 6 мг.
Вольфрам. Роль вольфрама как микроэлемента мало изучена. Но, как и все тяжелые металлы, он не играет большой роли в живых организмах.
Молибден. Молибден - один из десяти металлов жизни. Он является единственным элементом из числа тяжелых металлов и из всех элементов пятого периода, который выполняет функцию важного микробиогенного компонента для построения живых организмов. Так, известно, что молибденсодержащие ферменты участвуют в реакциях, связанных с переносом оксогрупп. В организме он существует в форме сложных по составу комплексов. Молибден образует комплексы не только с кислородсодержащими лигандами, но и с галогенными, тиоцианатными (NCS) и цианидными (CN) лигандами. Возможно также связывание и с SH-группами. Биологическая роль молибдена определяется прежде всего тем, что он входит в состав ферментов, которые катализируют окислительно-восстановительные реакции в растительных и животных организмах. К ним относятся ксантиндегидрогеназа, ксантиноксидаза, альдегидоксидаза и др. Эти ферменты катализируют реакции, связанные с переносом кислорода.
Марганец. Марганец - один из десяти металлов жизни и является важным биогенным элементом, который необходим для нормального протекания процессов как в животных, так и в растительных организмах. В органах и тканях взрослого человека содержится около 0,36 ммоль марганца. Концентрируется он главным образом в костной ткани, печени, почках, поджелудочной железе,
из клеточных органелл особенно в митохондриях. В организме марганец образует комплексы с белками, нуклеиновыми кислотами (РНК и ДНК) и аминокислотами. Эти комплексы, как правило, являются составной частью металлоферментов. В природе марганец участвует в синтезе витаминов С и группы В. Суточная потребность марганца 5-7 мг, она удовлетворяется той пищей, которую мы употребляем. Наиболее богаты марганцем чай, красная свекла, морковь, печень, картофель.
Гипоманганоз может приводить к нарушению углеводного обмена по типу инсулиннезависимого диабета, гипохолестеринемии, задержке роста волос и ногтей, повышению судорожной готовности, аллергозам, дерматитам, нарушению образования хрящей, остеопорозу. Недостаточность марганца наблюдается при различных формах анемии, нарушении функции воспроизводства, уменьшении массы тела.
Железо. В организме человека содержится 5 г железа. Большая часть его сосредоточена в гемоглобине крови (около 70 %). Железо входит также в состав ферментов, например цитохромов, каталазы, пероксидазы. В связанной форме железо находится в некоторых белках, которые выполняют в организме роль переносчиков железа. Одним из наиболее важных внутрикомплексных соединений, которые создала природа, является гемоглобин. Физиологическая функция гемоглобина заключается в способности обратимо связывать кислород и переносить его от легких к тканям. Структуру, подобную гемоглобину, имеет и миоглобин. Он обратимо связывает кислород в мышцах, по механизму действия сходен с гемоглобином и относится к гемосодержащим белкам. Существует большая группа железосодержащих ферментов, которые катализируют процесс переноса электронов в митохондриях, это так называемые цитохромы. Всего известно около 50 цитохромов. Наиболее изученным считается цитохром С. Доказано, что перенос электронов в окислительно-восстановительной цепи с участием этого фермента осуществляется за счет изменения состояния железа. В органах и тканях имеется так называемое депонированное железо, которое используется, если возникает дефицит железа. Депонируется оно с помощью белка ферритина, который представляет собой биокластер с молекулярной массой 460000 Д. В организме железо может транспортироваться также в виде аминокислотных комплексов, которые образуются за счет координационной связи железа с азотом пептидных групп. Образование таких бионеорганических комплексов делает возможным прохождение ионов через клеточные мембраны. Как известно, липидный слой оболочки клетки затрудняет прохождение ионов металлов в виде акваионов. А если ион металла находится в окружении органических лигандов, то он достаточно легко проходит через клеточную мембрану. Железо также транспортируется в виде железосодержащих белков, например трансферринов.
При дефиците железа в клинической картине отмечается гипохромная анемия, миоглобиндефицитная кардиопатия и атония скелетных мышц, воспалительные и атрофические изменения слизистой рта, носа, эзофагопатия, хронический гастродуоденит, а также иммунодефицитные состояния.
Избыток железа может оказывать токсическое влияние на печень, селезенку, головной мозг, усиливать воспалительный процесс. Хроническая алкогольная интоксикация может приводить к накоплению железа в организме.
Кобальт. Кобальт в роли микроэлемента выполняет разнообразные функции. В организме он представлен в виде витамина (В12). Существуют ферментативные системы, в составе которых действует не свободный витамин B]2, а так называемые В12 - коферменты (кофакторы). Кобальт влияет на углеводный, минеральный, белковый и жировой обмен, а также принимает участие в процессе кроветворения.
При исключительно вегетарианской диете у женщин может нарушаться менструальный цикл, происходить дегенеративные изменения в спинном мозге. При дефиците кобаламина может отмечаться гиперпигментация кожи. При избытке кобальта появляются интоксикации, характеризующиеся хроническими заболеваниями верхних дыхательных путей, бронхов. Могут развиваться аллергические симптомы: бронхиальная астма и аллергодерматозы, а также так называемая "кобальтовая кардиомиопатия". Дефицит железа может приводить к усиленной абсорбции кобальта в пищеварительном тракте.
Никель. Никель по сравнению с железом и кобальтом играет более скромную роль в организме. Содержание никеля в организме человека в 10 раз меньше, чем кобальта и меньше также его участие в биохимических процессах. Однако имеются данные, что никель, так же как и кобальт, участвует в кроветворении, влияет на углеводный обмен.
Медь. Медь является необходимым микробиогенным элементом растительных и животных организмов. По значимости она относится к металлам жизни. В организме человека содержится около 1,1 ммоль меди. В основном медь концентрируется в печени, в головном мозге, в крови. В настоящее время известно около 25 медьсодержащих белков и ферментов. Часть ферментов катализирует взаимодействие кислорода с субстратом. Эти ферменты активируют молекулу кислорода, которая участвует в процессе окисления органических соединений. Они составляют группу так называемых оксигеназ и гидроксилаз. Имеется большая группа медьсодержащих белков, которые катализируют окислительно-восстановительные реакции с переносом протона или электронов от окисляемого вещества непосредственно на молекулярный кислород - это так называемые оксидазы. Очень важным медьсодержащим белком, который содержится в плазме крови млекопитающих, является церулоплазмин ("голубая" оксидаза). Выполняя транспортную функцию, церулоплазмин регулирует баланс меди и обеспечивает выведение избытка меди из организма. К известным медьсодержащим белкам относится супероксиддисмутаза - важнейший фермент антиоксидантной защиты. Она ускоряет реакцию разложения супероксид-иона кислорода О2, представляющего собой свободный радикал. Медь вместе с железом участвует в кроветворении. Известно, что при дефиците меди в организме нарушается обмен железа между плазмой крови и эритроцитами, это может привести к разрушению эритроцитов. Потребность человека в меди составляет 2-3 мг в сутки. Она полностью обеспечивается потребляемой пищей.
Дефицит меди отрицательно сказывается на кроветворении, менструальной функции женщин, всасывании железа, состоянии соединительной ткани, процессах миелинизации в нервной системе, усиливает предрасположенность к бронхиальной астме, аллергодерматозам, кардиопатиям, витилиго и многим другим заболеваниям. Повышенное содержание меди в организме отмечается при острых и хронических воспалительных заболеваниях, патологии почек, печени, инфаркте миокарда и некоторых злокачественных новообразованиях.
Серебро. Серебро - микроэлемент растительных и животных организмов. В организме человека содержится приблизительно 7,3 ммоль серебра. Концентрируется серебро в печени, в гипофизе, эритроцитах, в пигментной оболочке глаза. Этот элемент не играет важной роли, но как все тяжелые металлы, попадая в организм, оказывает токсическое действие, которое обусловлено тем, что, соединяясь с белками, содержащими серу, серебро инактивирует ферменты, разрушает и свертывает белки. Эта же способность серебра определяет его бактерицидные свойства. При попадании в организм больших доз растворимых солей серебра может наступить острое отравление, которое сопровождается некрозом слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта.
Золото. Золото - микроэлемент, не играющий важной роли для живых организмов. Соединения золота используют в химиотерапии в виде простых соединений и в виде комплексов. Так же, как и соединения серебра, соединения золота обладают бактерицидными свойствами. Золото в составе сплавов с серебром и медью широко используют в стоматологической практике для протезирования зубов.
Цинк. Цинк в организме концентрируется главным образом в мышцах, печени, поджелудочной железе, тестикулах. Цинк входит в состав более 40 металлоферментов, которые катализируют гидролиз пептидов, белков, некоторых эфиров и альдегидов. Цинк входит в состав гормона инсулина, и тем самым участвует в регуляции углеводного обмена.
При цинкдефицитных состояниях специфически снижается Т -клеточный иммунитет, может происходить задержка полового развития у мальчиков и потеря сперматозоидами способности оплодотворения. Нередко снижение содержания цинка в организме является следствием избыточного поступления в организм меди, кадмия, свинца, являющихся его функциональными антагонистами.
Кадмий и ртуть. Кадмий и ртуть обнаруживаются в печени и почках как микроэлементы. Кадмий в виде белкового комплекса накапливается в почках и участвует в некоторых ферментативных процессах. Однако это участие изучено недостаточно. Считают, что кадмий и ртуть какой-либо заметной биологической функции не выполняют. И если цинк является активатором многих биохимических процессов, то кадмий и ртуть, попадая в организм извне, оказывают ингибирующее действие на целый ряд ферментов.
Платиновые элементы. Известно, что существенной роли они как микроэлементы в организмах не играют. Это объясняется инертной природой самих металлов и их большой атомной массой.
Общая характеристика р-элементов. Кблоку р-элементов относится 30 элементов ША - VIIIA групп периодической системы. У элементов ША -группы появляется первый электрон на р-орбитали. В других группах IVA -VIIIA происходит последовательное заполнение р-подуровня до 6 электронов.
Все р-элементы и в особенности р-элементы второго и третьего периодов (С, N, Р, О, S, Si, C1) образуют многочисленные соединения между собой и с s -, d - и f-элементами. Большинство известных на Земле соединений - это соединения р-элементов.