Реферат: Химические элементы в организме человека. Химия и организм человека реферат

Реферат - Химические элементы в организме человека

Муниципальная гимназия № 1

Реферат по химии.

Химические элементы в организме человека.

Выполнил ученик 10 А класса

Кривошапкин И.

Проверила, научный сотрудник, Уфинцева Т.С.

Г. Новосибирск 1999

Многие учёные считают, что в живом организме не только присутствуют все химические элементы, но каждый из них выполняет определённую биологическую функцию. Достоверно установлена роль около 30 химических элементов, без которых организм человека не может нормально существовать. Эти элементы называют жизненно необходимыми.

Организм человека состоит на 60% из воды, 34% приходится на органические и 6%-на неорганическиевещества. Основными компонентами органических веществ являются углерод, водород и кислород, в их состав также входят азот, фосфор и сера. В неорганических веществах человека обязательно присутствуют 22 химических элемента:Ca, P, O, Na, Mg, S, B, Cl, K, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cr, Si, I, F, Se. Учёные договорились, что если массовая доля элемента в организме превышает 10-2 %, то его следует считать макроэлементом. Доля микроэлементов в организме человека 10-3 – 10-5 %.Если содержание элемента ниже 10-5 %, его считают ультрамикроэлементом.

Макроэлементы.

К макроэлементам относятся K, Na, Ca, Cl. Например, при весе человека 70 кг, в нём содержится (в граммах ): кальция – 1700, калия – 250, натрия– 70.

КАЛЬЦИЙ

Большое содержание кальция в организме человека объясняется тем, что он в значительном количестве содержится в костях в виде гидроксофосфат кальция –Ca10 (PO4 )6 (OH)2 и его суточное потребление составляет для взрослого человека 800-1200мг.

Концентрация ионов кальция в плазме крови поддерживается очень точно на уровне 9-11мг% и у здорового человека редко колеблется больше чем на 0,5мг% выше или нормального уровня, являясь одним из наиболее точно регулируемых факторов внутренней среды. Узкие границы, в пределах которых колеблется содержание кальция в крови, обусловлены взаимодействием двух гормонов – паратгормона и тирокальцитонина. Падение уровня кальция в крови приводит к усилению внутренней секреции околощитовидных желез, что сопровождается увеличением поступления кальция в кровь из его костных депо. Наоборот, повышение содержания этого электролита в крови угнетает выделение паратгормона и усиливает образование тирокальцитонина из парафолликулярных клеток щитовидной железы, в результате чего снижается количество кальция в крови. У человека при недостаточной внутрисекретрной функции околощитовидных желез развивается гипопаратериоз с падением уровня кальция в крови. Это вызывает резкое повышение возбудимости центральной нервной системы, что сопровождается приступами судорог и может привести к смерти. Гиперфункция околощитовидных желез вызывает увеличение содержания кальция в крови и уменьшение неорганического фосфата, что сопровождается разрушением костной ткани (остеопороз), слабостью в мышцах и болями в конечностях.

НАТРИЙ и КАЛИЙ

Жизненно необходимые элементы натрий и калий функционируют в паре. Надёжно установлено что скорость диффузии ионов Na, и K через мембрану в покое мала, разность их концентрации вне клетки и внутри должна была в конечном итоге выровняться, если бы в клетке не существовало специального механизма, который обеспечивает активное выведение («выкачивание») из протоплазмы проникающих в неё ионов натрия и введение («нагнетание») ионов калия. Этот механизм получил название натрий – калиевого насоса.

Для того чтобы сохранялась ионная асимметрия, натрий — калиевый насос должен выкачивать против градиента концентрации из клетки ионы натрия и нагнетать в неё ионы калия и, следовательно, совершать определённую работу.

Непосредственным источником энергии для работы насоса является расщепление богатых энергией фосфорных соединений – АТФ, которое происходит под влиянием фермента – аденозинтрифосфатазы, локализованной в мембране и активируемой ионами натрия и калия. Торможение активности этого фермента, вызываемое некоторыми веществами и приводит к нарушению работы насоса. Интересно, что по мере старения организма градиент концентрации ионов калия и натрия на границе клеток падает, а при наступление смерти выравнивается

Микроэлементы.

К ним относится отмеченный выше ряд 22 химических элементов, обязательно присутствующих в организме человека. Заметим, что большинство из них металлы, а из металлов основным является железо.

ЖЕЛЕЗО

Несмотря на то, что содержание железа в человеке массой 70кг не превышает 5г и суточное потребление 10 – 15мг, оно играет особую роль в жизни деятельности организма

Железо занимает совершенно особое место, так как на него не распространяется действие секреторной системы. Концентрация железа регулируется исключительно его поглощением, а не выделением. В организме взрослого человека около 65% всего железа содержится в гемоглобине и миоглобине, большая часть оставшегося запасается в специальных белках (ферритине и гемосидерине), и только очень небольшая часть находится в различных ферментах и системах транспорта.

Гемоглобин и миоглобин.

Гемоглобин выполняет в организме важную роль переносчика кислорода и принимает участие в транспорте углекислоты. Общее содержание гемоглобина равно 700г, а кровь взрослых людей содержит в среднем около 14 – 15%.

Гемоглобин представляет собой сложное химическое соединение (мол. вес. 68 800). Он состоит из белка глобина и четырёх молекул гема. Молекула гема, содержащая атом железа, обладает способностью присоединять и отдавать молекулу кислорода. При этом валентность железа, к которому присоединяется кислород, не изменяется, т. е. железо остаётся двухвалентным.

Оксигемоглобин несколько отличается по цвету от гемоглобина, поэтому артериальная кровь, содержащая оксигемоглобин, имеет ярко — алый цвет. Притом тем более яркий, чем полнее произошло её насыщение кислородом. Венозная кровь, содержащая большое количество восстановленного гемоглобина, имеет тёмно – вишнёвый цвет.

Метгемоглобин является окислительным гемоглобином, при образование которого меняется валентность железа: двухвалентное железо, входящее в молекулу гемоглобина, превращается в трёх валентное. В случае большого накопление в организме метгемоглобина отдача кислорода тканям становится невозможной и наступает смерть от удушения.

Карбоксигемоглобин представляет собой соединение гемоглобина с угарным газом. Это соединение примерно в 150 – 300 раз прочнее, чем соединение гемоглобина с кислородом. Поэтому примесь даже 0,1% угарного газа во вдыхаемом воздухе ведёт к тому, что 80% гемоглобина оказываются связанными с окисью углерода и не присоединяют кислород, что является опасным для жизни.

Миоглобин. В скелетной и сердечной мышце находится миоглобин. Он способен связывать до 14% общего количества кислорода в организме. Это его свойство играет важную роль в снабжение кислородом работающих мышц. Если при сокращение мышцы кровеносные капилляры её сжимаются и кровоток в некоторых участках мышцы прекращается, в течение некоторого времени сохраняется снабжение мышечных волокон кислородом.

Трансферрин.

Трансферрин – класс железо связывающих молекул. Наиболее изученный- это трансферрин сыворотки – является транспортным белком, переносящим железо из обломков гемоглобина селезёнки и печени в костный мозг, где на специальных его участках вновь синтезируется гемоглобин. Весь сывороточный трансферрин, единовременно связывая только 4 мг железа, ежедневно переносит в костный мозг около 40мг железа – весьма существенное доказательство его эффективности как транспортного белка. Больные с генетически обусловленными нарушениями синтеза трансферрина страдают железодефицитной анемией, нарушениями иммунной системы и интоксикацией от избытка железа!

Трансферрин – это гликопротеин с молекулярной массой около 80 000. Он состоит из одной полипептидной цепи, свёрнутой так, что она образует два компактных участка, каждый из которых способен связывать по одному иону железа (III). Правда, связывание железа возможно лишь при связывание аниона. В отсутствие подходящего аниона катион железа не присоединяется к трансфферину. В большинстве случаев в природе для этого используется карбонат, хотя активировать центр связывание металла способны и другие анионы, например оксалат, малонат, и цитрат.

Высокая устойчивость комплекса железа с трансферрином делает его отличным переносчиком, но зато и выдвигает проблему высвобождения железа из комплекса. Многие из хороших хелатирующих агентов малопригодны в качестве посредников при высвобождение железа. Наиболее эффективным из них оказался пирофосфат. Принимая во внимание существенную роль в связывание железа с транферрином, было бы логически предложить, что удаление аниона должно лежать в основе любого механизма высвобождение железа, однако никакой корреляции между способностью замещать карбонат в трансферриновом комплексе и их эффективностью как посредника в освобождение железа не найдено. В транспортной системе микробов отдача ионов железа переносчиком вызывается восстановлением их до Fe (II), но, как достоверно установлено, из трансферрина железо высвобождается в виде Fe (III).

Ферритин.

В органах млекопитающих железо в основном запасается в двух формах – ферритине и гемосидерине. Гемосидерин изучен не достаточно хорошо и, возможно, является продуктом распада ферритина. Ферритин в настоящее время охарактеризован довольно полно. Это водо-растворимый белок, состоящий из 24 одинаковых субъединиц, которые составляют пустотелую сферическую оболочку. Во внутренней полости находится мицелярное ядро, содержание железа в котором примерно 57%. Мицела может содержать до 4500 атомов железа, если ферритин полностью насыщен железом (что не является обязательным). Белковую оболочку пронизывают шесть каналов, которые служат для приёма и отдачи железа.

Приём железа происходит при каталитическом окислении аппоферритином Fe (II) в Fe (III), а высвобождение – при восстановление Fe (II) восстановленными флавинами. В большинстве клеток синтез ферритина значительно ускоряется в присутствии железа; в клетках печени крыс синтез субъединиц проходит за 2 – 3 мин.

МЕДЬ

Недостаток в организме меди приводит к деструкции кровеносных сосудов, патологическому росту костей, дефектам в соединительных тканях. Кроме того, считают, что дефицит меди служит одной из причин раковых заболеваний. В некоторых случаях поражение легких раком у людей пожилого возраста врачи связывают с возрастным понижением меди в организме. Многое известно и о транспорте меди в организме. Значительная часть меди находится в форме церулоплазмина. Содержание меди в организме варьируется от 100 до 150 мг с наибольшей концентрацией в стволе мозга. Большой расход меди ведёт к дефициту и неблагоприятен для человека. Прогрессирующие заболевание мозга у детей (синдром Менкеса) связано с дефицитом меди, так как при этом заболевание не хватает медьсодержащего фермента. Некоторые улучшения в состоянии этих больных было получено при введение меди. Избыточное количество меди в организме также неблагоприятно и ведет к развитию тяжелых заболеваний. При болезни Вильсона содержание меди увеличивается практически в 100 раз по сравнению с нормой. Медь обнаруживается во многих тканях, но особенно её много в печени, почках и мозге. Её можно увидеть на роговице в виде коричневых или зелёных кругов. В настоящие время установлено, что первоначально избыточные концентрации меди возникают в печени, затем в нервной системе, проявление расстройства этих органов наступают в том же порядке. Симптомы болезни Вильсона включают цирроз печен, нарушение координации, сильный тремор, прогрессирующие разрушение зубов. Степень выраженности симптомов зависит от количества содержание меди. Уменьшение клинической симптоматики может быть достигнуто использованием хелатирующих агентов, выводящих излишки запасов меди. Сам факт исчезновение симптомов после подобной терапии означает, что разрушение мозга является больше биологическим процессом, нежели структурным.

Несмотря на генетически зависимую природу заболевания, отложение меди в тканях наблюдается не всегда. Медь откладывается в определённые медь протеины печени, при болезни Вильсона происходит нарушение в синтезе апоцерулоплазмина таким образом, что медь не может связываться с этими белками и начинает откладываться в других местах. Понятно, что это не может служить единственным объяснением, так как у ряда пациентов уровень церулоплазмина понижен незначительно. Кроме того, в больших количествах медь обнаруживается в печени новорождённых, причём 2% общего количества меди связано с белком. Через три месяца концентрация снижается до нормального уровня, с того времени печень способна синтезировать белок цирулоплазмин. Существует другая точка зрения на болезнь Вильсона: структура белка металлотеонина при болезни Вильсона нарушена, и это ведёт к повышенному связыванию ионов меди, что в свою очередь ведёт к нарушению запасов и транспорта меди в организме. У пациентов с болезнью Вильсона было продемонстрировано повышенное связывание меди металлотионеином.

При лечение болезни Вильсона употребляют пищу, бедную медью, и применяют хелатирующие агенты, особенно пенисилламин.

При многих других заболеваниях наблюдается увеличение меди сыворотки: так при инфекционном гепатите наблюдается увеличение сыворотки меди в 3 раза по сравнению с нормой – 350мкг/100мл. это связано с накоплением церулоплазмина. Повышение меди в крови встречается при таких заболеваниях, как лейкемия, лимфома, ревматоидный артрит, цирроз, нефрит. Высокий уровень меди может быть связан с различными явлениями, и обнаружение высоких концентраций меди сыворотки представляет диагностическую ценность только при одновременном рассмотрение с данными других исследований. Анализ концентрации ионов меди необходимо проводить для оценки эффективности лечения, так как уровень меди прямо пропорционален тяжести заболевания. Это положение верно при гепатитах и злокачественных заболеваниях.

ЦИНК

Большое значение для организма человека имеет цинк, в среднем в организме находится около 3г, а суточное потребление 15мг. Дефицит цинка у человека выражается в потере аппетита, нарушении в скелете и оволосении, повреждении кожи, замедлении полового созревания. В нескольких случаях дефицит цинка привёл у людей к большим нарушениям в сенсорном аппарате, выражавшимся в извращение: вкуса и запаха. У этих пациентов симптомы анорексии и нарушение физиологических отравлений могут быть сняты добавками цинка в рацион. Важную роль цинк играет в заживлении ран. При дефиците цинка этот процесс идёт медленно в следствии снижения синтеза белка и коллагена. Из этого следует, что для улучшения заживления ран в рацион больным с дефицитом элемента следует добавлять цинк.

Неметаллы как микроэлементы.

Мы уделили большое внимание роли металлов. Однако необходимо учитывать, что некоторые неметаллы также являются совершенно необходимыми для функционирования организма.

КРЕМНИЙ

Кремний является также необходимым микроэлементом. Это было подтверждено тщательным изучением питания крыс с использованием различных диет. Крысы заметно прибавили в весе при добавлении метасиликата натрия (Na2 (SiO)3. 9h3 O) в их рацион (50мг на 100г). цыплятам и крысам кремний нужен для роста и развитие скелета. Недостаток кремния приводит к нарушению структуры костей и соединительной ткани. Как выяснилось кремний присутствует в тех участках кости, где происходит активная кальцинация, например в кости образующих клетках, остеобластах. С возрастом концентрация кремния в клетках падает.

О том, в каких процессах участвует кремний в живых системах, известно мало. Там он находится в виде кремневой кислоты и, наверное, участвует в реакциях сшивки углеродов. У человека богатейшим источником кремния оказалась гиалуроновая кислота пуповины. Она содержит 1,53мг свободного и 0,36мг связанного кремния на один грамм.

СЕЛЕН

Недостаток селена вызывает гибель клеток мышц и приводит к мускульной, в частности сердечной, недостаточности. Биохимическое изучение этих состояний привело к открытию фермента глутатионпероксидазе, разрушающей пероксиды Недостаток селена ведет к уменьшению концентрации этого фермента, что в свою очередь вызывает окисление липидов. Способность селена предохранять от отравления ртутью хорошо известна. Гораздо менее известен тот факт, что существует корреляция между высоким содержанием селена в рационе и низкой смертностью от рака. Селен входит в рацион человека в количестве 55 – 110мг в год, а концентрация селена в крови составляет 0,09 – 0,29мкг/см. При приёме внутрь селен концентрируется в печени и почках. Ещё один пример защитного действия селена от интоксикации лёгкими металлами является его способность предохранять от отравления соединениями кадмия. Оказалось, что как и в случае с ртутью, селен вынуждает эти токсические ионы связываться с ионными активными центрами, с теми, на которое их токсическое действие не влияет.

МЫШЬЯК

Несмотря на хорошо известные токсические действия мышьяка и его соединений, имеются достоверные данные согласно которым недостаток мышьяка приводит к понижению рождаемости и угнетению роста, а добавление в пищу арсенита натрия привело к увеличению скорости роста у человека.

ХЛОР и БРОМ

Анионы галогенов отличаются от всех тем, что они представляют собой простые, а не оксо – анионы. Хлор распространён чрезвычайно широко, он способен проходить сквозь мембрану и играет важную роль в поддержание осмотического равновесия. Хлор присутствует в виде соляной кислоты в желудочном соке. Концентрация соляной кислоты в желудочном соке человека равна 0,4-0,5%.

По поводу роли брома как микроэлемента существуют некоторые сомнения, хотя достоверно известно его седативное действие.

ФТОР

Для нормального роста фтор совершенно необходим, и его недостаток приводит к анемии. Большое внимание было уделено метаболизму фтора в связи с проблемой кариеса зубов, так как фтор предохраняет зубы от кариеса.

Кариес зубов изучен достаточно подробно. Он начинается с образования на поверхности зуба пятна. Кислоты, вырабатываемые бактериями, растворяют под пятном зубную эмаль, но, как ни странно, не с её поверхности. Часто верхняя поверхность остаётся неповреждённой до тех пор, пока участки под ней не окажутся полностью разрушенными. Предполагается, что на этой стадии фторид – ион может облегчать образования аппатита. Таким образом совершается реминелизация начавшегося повреждения.

Фтор используют для предотвращения разрушений зубной эмали. Можно вводить фториды в зубную пасту или же непосредственно обрабатывать ими зубы. Концентрация фтора, необходимая для предотвращения кариеса, составляет в питьевой воде около 1мг/л, но уровень потребления зависит не только от этого. Применение высоких концентраций фторидов (более8мг/л) может неблагоприятным образом повлиять на тонкие равновесные процессы образования костной ткани. Чрезмерное поглощение фторидов приводит к фторозу. Фтороз приводит к нарушениям в работе щитовидной железы, угнетению роста и поражению почек. Длительное воздействие фтора на организм прводит к минерализации тела. В итоге деформируются кости, которые даже могут срастись, и происходит кальцификация связок.

ЙОД

Основной физиологической роль йода является участие в метаболизме щитовидной железы и присущих ей гормонах. Способность щитовидной железы аккумулировать йод присуща также слюнным и молочным железам. А также некоторым другим органам. В настоящее время, однако, считают, что ведущую роль йод играет только в жизни деятельности щитовидной железы.

Недостаток йода приводит к возникновению характерных симптомов: слабости, пожелтению кожи, ощущение холода и сухости. Лечение тиреоидными гормонами или йодом устраняет эти симптомы. Недостаток тереоидных гормонов может привести к увеличению щитовидной железы. В редких случаях (отягощение в организме различных соединений, мешающих поглощению йода, например тиоцианата или антитиреоидного агента – гоитрина, имеющегося в различных видах капусты) образуется зоб. Недостаток йода особенно сильно отражается на здоровье детей – они отстают в физическом и умственном развитии. Йод дефицитная диета во время беремености приводит к рождению гипотироидных детей (кретинов).

Избыток гормонов щитовидной железы приводит к истощению, нервозности, тремору, потере веса и повышенной потливости. Это связано с увеличением пероксидазной активности и вследствие этого с увеличением йодирования тиреоглобулинов. Избыток гормонов может быть следствием опухоли щитовидной железы. При лечение используют радиоактивные изотопы йода, легко усваивающиеся клетками щитовидной железы.

Вывод

1) неорганические соединения, составляющие только 6% от общего веса человека, являются незаменимыми веществами, обеспечивающие гомеостаз организма. 2) Все химические элементы делятся на макро-, микро- и ультрамикро элементы. 3)любое изменение содержания химических веществ как в сторону увеличения так и уменьшению ведет к нарушению обмена веществ

Список литературы:

1) Зубков А.А. и Коцицкий Г.И. Внутренняя секреция. Физиология человека. М.: Медицина, 1972, стр. 296.

2) Косицкий Г.И. Физиология системы крови. Физиология человека. М.: Медицина, 1972, стр. 331.

3) Кукушкин Ю.Н. Химические элементы в организме человека Соросовский образовательный журнал, №5 1998, стр. 54 – 58.

4) МакОлифф К. Методы и достижения бионеорганической химии. М.: Мир, 1978.

5) Ходоров Б.И. Общая физиология возбудимых тканей Физиология человека. М.: Медицина, 1972, стр. 55.

6) Хьюз М. Неорганическая химия биологических процессов. М. Мир, 1983.

3) Эйхгорн Г. Неорганическая биохимия. М.: Мир, 1978.

www.ronl.ru

"Химические элементы в организме человека".

Реферат: Химические элементы в организме человека

Выполнила:

учениница 10 класса

МОУ "СОШ №73"

Джейранова Малах

Макроэлементы.

К макроэлементам относятся K, Na, Ca, Cl. Например,при весе человека 70 кг, в нём содержится (в граммах ): кальция – 1700, калия –250, натрия– 70.

КАЛЬЦИЙ

Большое содержание кальция в организме человекаобъясняется тем, что он в значительном количестве содержится в костях в видегидроксофосфат кальция – Ca10(PO4)6(OH)2 и его суточноепотребление составляет для взрослогочеловека 800-1200мг.

Концентрация ионов кальция в плазме кровиподдерживается очень точно на уровне 9-11мг% и у здорового человека редкоколеблется больше чем на 0,5мг% выше или нормального уровня, являясь одним изнаиболее точно регулируемых факторов внутреннейсреды. Узкие границы, в пределах которыхколеблется содержание кальция в крови, обусловлены взаимодействием двухгормонов – паратгормона и тирокальцитонина. Падение уровня кальция в кровиприводит к усилению внутренней секреции околощитовидных желез, что сопровождается увеличением поступления кальция в кровь из его костныхдепо. Наоборот, повышение содержания этого электролита в крови угнетаетвыделение паратгормона и усиливает образование тирокальцитонина изпарафолликулярных клеток щитовидной железы, в результате чего снижаетсяколичество кальция в крови. У человека при недостаточной внутрисекретрнойфункции околощитовидных желез развивается гипопаратериоз с падением уровнякальция в крови. Это вызывает резкое повышение возбудимости центральной нервнойсистемы, что сопровождается приступами судорог и может привести к смерти.Гиперфункция околощитовидных желез вызывает увеличение содержания кальция в кровии уменьшение неорганического фосфата, что сопровождается разрушением костнойткани (остеопороз), слабостью в мышцах и болями в конечностях.

НАТРИЙ и КАЛИЙ

Жизненно необходимые элементы натрий и калийфункционируют в паре. Надёжно установлено что скорость диффузии ионов Na, и K через мембрану в покое мала, разность их концентрации вне клетки и внутридолжна была в конечном итоге выровняться, если бы в клетке не существовалоспециального механизма, который обеспечивает активное выведение («выкачивание») из протоплазмы проникающих в неё ионов натрия и введение(«нагнетание») ионов калия. Этот механизм получил название натрий –калиевого насоса.

Для того чтобы сохранялась ионная асимметрия, натрий — калиевый насос должен выкачивать против градиента концентрации из клетки ионынатрия и нагнетать в неё ионы калия и, следовательно, совершать определённуюработу.

Непосредственным источникомэнергии для работы насоса является расщепление богатых энергией фосфорныхсоединений – АТФ, которое происходит под влиянием фермента –аденозинтрифосфатазы, локализованной в мембране и активируемой ионами натрия икалия. Торможение активности этого фермента, вызываемое некоторыми веществами иприводит к нарушению работы насоса. Интересно, что по мере старения организмаградиент концентрации ионов калия и натрия на границе клеток падает, а принаступление смерти выравнивается

Микроэлементы.

К ним относится отмеченный выше ряд 22 химическихэлементов, обязательно присутствующих в организме человека. Заметим, чтобольшинство из них металлы, а из металлов основным является железо.

ЖЕЛЕЗО

Несмотря на то, что содержание железа вчеловеке массой 70кг не превышает 5г и суточное потребление 10 – 15мг, оноиграет особую роль в жизни деятельности организма

Железо занимает совершенно особое место, так как нанего не распространяется действие секреторной системы. Концентрация железарегулируется исключительно его поглощением, а не выделением. В организмевзрослого человека около 65% всего железа содержится в гемоглобине и миоглобине,большая часть оставшегося запасается в специальных белках (ферритине игемосидерине), и только очень небольшая часть находится в различных ферментах исистемах транспорта.

Гемоглобин и миоглобин.

Гемоглобинвыполняет в организме важную роль переносчика кислорода и принимает участие втранспорте углекислоты. Общее содержание гемоглобина равно 700г, а кровьвзрослых людей содержит в среднем около 14 – 15%.

Гемоглобинпредставляет собой сложное химическое соединение (мол. вес. 68 800). Он состоитиз белка глобина и четырёх молекул гема. Молекула гема, содержащая атом железа,обладает способностью присоединять и отдавать молекулу кислорода. При этомвалентность железа, к которому присоединяется кислород, не изменяется, т. е.железо остаётся двухвалентным.

Оксигемоглобиннесколько отличается по цвету от гемоглобина, поэтому артериальная кровь,содержащая оксигемоглобин, имеет ярко — алый цвет. Притом тем более яркий, чемполнее произошло её насыщение кислородом. Венозная кровь, содержащая большоеколичество восстановленного гемоглобина, имеет тёмно – вишнёвый цвет.

Метгемоглобин являетсяокислительным гемоглобином, при образование которого меняется валентностьжелеза: двухвалентное железо, входящее в молекулу гемоглобина, превращается втрёх валентное. В случае большого накопление в организме метгемоглобина отдачакислорода тканям становится невозможной и наступает смерть от удушения.

Карбоксигемоглобин представляет собой соединение гемоглобина с угарным газом. Этосоединение примерно в 150 – 300 раз прочнее, чем соединение гемоглобина скислородом. Поэтому примесь даже 0,1% угарного газа во вдыхаемом воздухе ведётк тому, что 80% гемоглобина оказываются связанными с окисью углерода и неприсоединяют кислород, что является опасным для жизни.

Миоглобин.В скелетной и сердечной мышценаходится миоглобин. Он способен связывать до 14% общего количества кислорода ворганизме. Это его свойство играет важную роль в снабжение кислородомработающих мышц. Если при сокращение мышцы кровеносные капилляры её сжимаются икровоток в некоторых участках мышцы прекращается, в течение некоторого временисохраняется снабжение мышечных волокон кислородом.

Трансферрин.

Трансферрин – класс железо связывающих молекул.Наиболее изученный- это трансферрин сыворотки – является транспортным белком,переносящим железо из обломков гемоглобина селезёнки и печени в костный мозг,где на специальных его участках вновь синтезируется гемоглобин. Весьсывороточный трансферрин, единовременно связывая только 4 мг железа, ежедневнопереносит в костный мозг около 40мг железа – весьма существенное доказательствоего эффективности как транспортного белка. Больные с генетически обусловленныминарушениями синтеза трансферрина страдают железодефицитной анемией, нарушениямииммунной системы и интоксикацией от избытка железа!

Трансферрин– это гликопротеин с молекулярной массой около 80 000. Он состоит из однойполипептидной цепи, свёрнутой так, что она образует два компактных участка,каждый из которых способен связывать по одному иону железа (III).Правда, связывание железа возможно лишь при связывание аниона. В отсутствиеподходящего аниона катион железа не присоединяется к трансфферину. Вбольшинстве случаев в природе для этого используется карбонат, хотяактивировать центр связывание металла способны и другие анионы, напримероксалат, малонат, и цитрат.

Высокаяустойчивость комплекса железа с трансферрином делает его отличным переносчиком,но зато и выдвигает проблему высвобождения железа из комплекса. Многие изхороших хелатирующих агентов малопригодны в качестве посредников привысвобождение железа. Наиболее эффективным из них оказался пирофосфат. Принимаяво внимание существенную роль в связывание железа с транферрином, было былогически предложить, что удаление аниона должно лежать в основе любогомеханизма высвобождение железа, однако никакой корреляции между способностьюзамещать карбонат в трансферриновом комплексе и их эффективностью какпосредника в освобождение железа не найдено. В транспортной системе микробовотдача ионов железа переносчиком вызывается восстановлением их до Fe (II), но, как достоверно установлено, из трансферрина железо высвобождается ввиде Fe (III).

Ферритин.

В органах млекопитающих железо в основном запасается в двух формах– ферритине и гемосидерине. Гемосидерин изучен не достаточно хорошо и,возможно, является продуктом распада ферритина. Ферритин в настоящее времяохарактеризован довольно полно. Это водо-растворимый белок, состоящий из 24одинаковых субъединиц, которые составляют пустотелую сферическую оболочку. Вовнутренней полости находится мицелярное ядро, содержание железа в которомпримерно 57%. Мицела может содержать до 4500 атомов железа, если ферритинполностью насыщен железом (что не является обязательным). Белковую оболочкупронизывают шесть каналов, которые служат для приёма и отдачи железа.

Приём железа происходит при каталитическом окислении аппоферритином Fe (II) в Fe (III), а высвобождение – при восстановление Fe (II) восстановленными флавинами. Вбольшинстве клеток синтез ферритина значительно ускоряется в присутствиижелеза; в клетках печени крыс синтез субъединиц проходит за 2 – 3 мин.

МЕДЬ

Недостаток в организме меди приводит к деструкции кровеносныхсосудов, патологическому росту костей, дефектам в соединительных тканях. Крометого, считают, что дефицит меди служит одной из причин раковых заболеваний. Внекоторых случаях поражение легких раком у людей пожилого возраста врачисвязывают с возрастным понижением меди в организме. Многое известно и отранспорте меди в организме. Значительная часть меди находится в форме церулоплазмина.Содержание меди в организме варьируется от 100 до 150 мг с наибольшейконцентрацией в стволе мозга. Большой расход меди ведёт к дефициту инеблагоприятен для человека. Прогрессирующие заболевание мозга у детей (синдромМенкеса) связано с дефицитом меди, так как при этом заболевание не хватаетмедьсодержащего фермента. Некоторые улучшения в состоянии этих больных былополучено при введение меди. Избыточное количество меди в организме такженеблагоприятно и ведет к развитию тяжелых заболеваний. При болезни Вильсонасодержание меди увеличивается практически в 100 раз по сравнению с нормой. Медьобнаруживается во многих тканях, но особенно её много в печени, почках и мозге.Её можно увидеть на роговице в виде коричневых или зелёных кругов. В настоящиевремя установлено, что первоначально избыточные концентрации меди возникают впечени, затем в нервной системе, проявление расстройства этих органов наступаютв том же порядке. Симптомы болезни Вильсона включают цирроз печен, нарушениекоординации, сильный тремор, прогрессирующие разрушение зубов. Степеньвыраженности симптомов зависит от количества содержание меди. Уменьшениеклинической симптоматики может быть достигнуто использованием хелатирующихагентов, выводящих излишки запасов меди. Сам факт исчезновение симптомов послеподобной терапии означает, что разрушение мозга является больше биологическимпроцессом, нежели структурным.

Несмотря на генетически зависимую природу заболевания, отложение меди втканях наблюдается не всегда. Медь откладывается в определённые медь протеиныпечени, при болезни Вильсона происходит нарушение в синтезе апоцерулоплазминатаким образом, что медь не может связываться с этими белками и начинаетоткладываться в других местах. Понятно, что это не может служить единственнымобъяснением, так как у ряда пациентов уровень церулоплазмина пониженнезначительно. Кроме того, в больших количествах медь обнаруживается в печениноворождённых, причём 2% общего количества меди связано с белком. Через тримесяца концентрация снижается до нормального уровня, с того времени печеньспособна синтезировать белок цирулоплазмин. Существует другая точка зрения наболезнь Вильсона: структура белка металлотеонина при болезни Вильсона нарушена,и это ведёт к повышенному связыванию ионов меди, что в свою очередь ведёт кнарушению запасов и транспорта меди в организме. У пациентов с болезньюВильсона было продемонстрировано повышенное связывание меди металлотионеином.

При лечение болезни Вильсона употребляют пищу, бедную медью, иприменяют хелатирующие агенты, особенно пенисилламин.

При многих других заболеваниях наблюдается увеличение меди сыворотки:так при инфекционном гепатите наблюдается увеличение сыворотки меди в 3 раза посравнению с нормой – 350мкг/100мл. это связано с накоплением церулоплазмина.Повышение меди в крови встречается при таких заболеваниях, как лейкемия,лимфома, ревматоидный артрит, цирроз, нефрит. Высокий уровень меди может бытьсвязан с различными явлениями, и обнаружение высоких концентраций медисыворотки представляет диагностическую ценность только при одновременномрассмотрение с данными других исследований. Анализ концентрации ионов мединеобходимо проводить для оценки эффективности лечения, так как уровень медипрямо пропорционален тяжести заболевания. Это положение верно при гепатитах излокачественных заболеваниях.

ЦИНК

Большое значение для организма человека имеет цинк, в среднем ворганизме находится около 3г, а суточное потребление 15мг. Дефицит цинка у человекавыражается в потере аппетита, нарушении в скелете и оволосении, повреждениикожи, замедлении полового созревания. В нескольких случаях дефицит цинка привёлу людей к большим нарушениям в сенсорном аппарате, выражавшимся в извращение:вкуса и запаха. У этих пациентов симптомы анорексии и нарушение физиологическихотравлений могут быть сняты добавками цинка в рацион. Важную роль цинк играетв заживлении ран. При дефиците цинка этот процесс идёт медленно в следствииснижения синтеза белка и коллагена. Из этого следует, что для улучшениязаживления ран в рацион больным с дефицитом элемента следует добавлять цинк.

Неметаллы как микроэлементы.

Мы уделили большое внимание роли металлов. Однако необходимо учитывать,что некоторые неметаллы также являются совершенно необходимыми дляфункционирования организма.

КРЕМНИЙ

Кремнийявляется также необходимым микроэлементом. Это было подтверждено тщательнымизучением питания крыс с использованием различных диет. Крысы заметно прибавилив весе при добавлении метасиликата натрия (Na2(SiO)3. 9h3O) в их рацион(50мг на 100г). цыплятам и крысам кремний нужен для роста и развитие скелета.Недостаток кремния приводит к нарушению структуры костей и соединительнойткани. Как выяснилось кремний присутствует в тех участках кости, где происходитактивная кальцинация, например в кости образующих клетках, остеобластах. Свозрастом концентрация кремния в клетках падает.

О том, в каких процессах участвует кремний в живых системах, известномало. Там он находится в виде кремневой кислоты и, наверное, участвует в реакцияхсшивки углеродов. У человека богатейшим источником кремния оказаласьгиалуроновая кислота пуповины. Она содержит 1,53мг свободного и 0,36мгсвязанного кремния на один грамм.

СЕЛЕН

Недостаток селена вызывает гибель клеток мышц и приводит к мускульной,в частности сердечной, недостаточности. Биохимическое изучение этих состоянийпривело к открытию фермента глутатионпероксидазе, разрушающей пероксидыНедостаток селена ведет к уменьшению концентрации этого фермента, что в своюочередь вызывает окисление липидов. Способность селена предохранять от отравления ртутьюхорошо известна. Гораздо менее известен тот факт, что существует корреляциямежду высоким содержанием селена в рационе и низкой смертностью от рака. Селенвходит в рацион человека в количестве 55 – 110мг в год, а концентрация селена вкрови составляет 0,09 – 0,29мкг/см. При приёме внутрь селен концентрируется впечени и почках. Ещё один пример защитного действия селена от интоксикации лёгкимиметаллами является его способность предохранять от отравления соединениямикадмия. Оказалось, что как и в случае с ртутью, селен вынуждает эти токсическиеионы связываться с ионными активными центрами, с теми, на которое ихтоксическое действие не влияет.

МЫШЬЯК

Несмотря на хорошо известные токсические действия мышьяка и егосоединений, имеются достоверные данные согласно которым недостаток мышьякаприводит к понижению рождаемости и угнетению роста, а добавление в пищуарсенита натрия привело к увеличению скорости роста у человека.

ХЛОР и БРОМ

Анионыгалогенов отличаются от всех тем, что они представляют собой простые, а не оксо– анионы. Хлор распространён чрезвычайно широко, он способен проходитьсквозь мембрану и играет важную роль в поддержание осмотического равновесия.Хлор присутствует в виде соляной кислоты в желудочном соке. Концентрациясоляной кислоты в желудочном соке человека равна 0,4-0,5%.

По поводу роли брома как микроэлемента существуют некоторыесомнения, хотя достоверно известно его седативное действие.

ФТОР

Для нормального роста фтор совершенно необходим, и его недостатокприводит к анемии. Большое внимание было уделено метаболизму фтора в связи спроблемой кариеса зубов, так как фтор предохраняет зубы от кариеса.

Кариес зубов изучен достаточно подробно. Он начинается с образования наповерхности зуба пятна. Кислоты, вырабатываемые бактериями, растворяют подпятном зубную эмаль, но, как ни странно, не с её поверхности. Часто верхняяповерхность остаётся неповреждённой до тех пор, пока участки под ней неокажутся полностью разрушенными. Предполагается, что на этой стадии фторид –ион может облегчать образования аппатита. Таким образом совершается реминелизацияначавшегося повреждения.

Фтор используют для предотвращения разрушений зубной эмали. Можновводить фториды в зубную пасту или же непосредственно обрабатывать ими зубы.Концентрация фтора, необходимая для предотвращения кариеса, составляет впитьевой воде около 1мг/л, но уровень потребления зависит не только от этого.Применение высоких концентраций фторидов (более8мг/л) может неблагоприятнымобразом повлиять на тонкие равновесные процессы образования костной ткани.Чрезмерное поглощение фторидов приводит к фторозу. Фтороз приводит к нарушениямв работе щитовидной железы, угнетению роста и поражению почек. Длительноевоздействие фтора на организм прводит к минерализации тела. В итогедеформируются кости, которые даже могут срастись, и происходит кальцификациясвязок.

ЙОД

Основнойфизиологической роль йода является участие в метаболизме щитовидной железы иприсущих ей гормонах. Способность щитовидной железы аккумулировать йод присущатакже слюнным и молочным железам. А также некоторым другим органам. В настоящеевремя, однако, считают, что ведущую роль йод играет только в жизни деятельностищитовидной железы.

Недостаток йода приводит к возникновению характерных симптомов:слабости, пожелтению кожи, ощущение холода и сухости. Лечение тиреоиднымигормонами или йодом устраняет эти симптомы. Недостаток тереоидных гормоновможет привести к увеличению щитовидной железы. В редких случаях (отягощение ворганизме различных соединений, мешающих поглощению йода, например тиоцианатаили антитиреоидного агента – гоитрина, имеющегося в различных видах капусты)образуется зоб. Недостаток йода особенно сильно отражается на здоровье детей –они отстают в физическом и умственном развитии. Йод дефицитная диета во времяберемености приводит к рождению гипотироидных детей (кретинов).

Избыток гормонов щитовидной железы приводит к истощению, нервозности, тремору,потере веса и повышенной потливости. Это связано с увеличением пероксидазнойактивности и вследствие этого с увеличением йодирования тиреоглобулинов.Избыток гормонов может быть следствием опухоли щитовидной железы. При лечениеиспользуют радиоактивные изотопы йода, легко усваивающиеся клетками щитовиднойжелезы.

Вывод

1) неорганические соединения, составляющие только 6% от общего весачеловека, являются незаменимыми веществами, обеспечивающие гомеостаз организма.2) Все химические элементы делятся на макро-, микро- и ультрамикро элементы.3)любое изменение содержания химических веществ как в сторону увеличения так иуменьшению ведет к нарушению обмена веществ

Список литературы:

1) Зубков А.А. и Коцицкий Г.И. Внутренняя секреция.Физиология человека. М.: Медицина, 1972, стр. 296.

2) Косицкий Г.И. Физиология системы крови. Физиологиячеловека. М.: Медицина, 1972, стр. 331.

3) Кукушкин Ю.Н. Химические элементы в организмечеловека Соросовский образовательный журнал, №5 1998, стр. 54 – 58.

4) МакОлифф К. Методы и достижения бионеорганическойхимии. М.: Мир, 1978.

5) Ходоров Б.И. Общая физиология возбудимых тканейФизиология человека. М.: Медицина, 1972, стр. 55.

6) Хьюз М. Неорганическая химия биологических процессов. М. Мир, 1983.

3) Эйхгорн Г. Неорганическая биохимия. М.: Мир, 1978.

infourok.ru

Реферат - Химические элементы в организме человека

Ю. Н. Кукушкин, Санкт-Петербургский государственный технологический институт

Для организма человека определенно установлена роль около 30 химических элементов, без которых он не может нормально существовать. Эти элементы называют жизненно необходимыми. Кроме них, имеются элементы, которые в малых количествах не сказываются на функционировании организма, но при определенном содержании являются ядами.

Введение

Многим химикам известны крылатые слова, сказанные в 40-х годах текущего столетия немецкими учеными Вальтером и Идой Ноддак, что в каждом булыжнике на мостовой присутствуют все элементы Периодической системы. Вначале эти слова были встречены далеко не с единодушным одобрением. Однако, по мере того как разрабатывались все более точные методы аналитического определения химических элементов, ученые все больше убеждались в справедливости этих слов.

Если согласиться с тем, что в каждом булыжнике содержатся все элементы, то это должно быть справедливо и для живого организма. Все живые организмы на Земле, в том числе и человек, находятся в тесном контакте с окружающей средой. Жизнь требует постоянного обмена веществ в организме. Поступлению в организм химических элементов способствуют питание и потребляемая вода. В соответствии с рекомендацией диетологической комиссии Национальной академии США ежедневное поступление химических элементов с пищей должно находиться на определенном уровне (табл. 1). Столько же химических элементов должно ежесуточно выводиться из организма, поскольку их содержания находятся в относительном постоянстве.

Предположения некоторых ученых идут дальше. Они считают, что в живом организме не только присутствуют все химические элементы, но каждый из них выполняет определенную биологическую функцию. Вполне возможно, что эта гипотеза не подтвердится. Однако, по мере того как развиваются исследования в данном направлении, выявляется биологическая роль все большего числа химических элементов.

Организм человека состоит на 60% из воды, 34% приходится на органические вещества и 6% — на неорганические. Основными компонентами органических веществ являются углерод, водород, кислород, в их состав входят также азот, фосфор и сера. В неорганических веществах организма человека обязательно присутствуют 22 химических элемента: Ca, P, O, Na, Mg, S, B, Cl, K, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cr, Si, I, F, Se.

Например, если вес человека составляет 70 кг, то в нем содержится (в граммах): кальция — 1700, калия — 250, натрия — 70, магния — 42, железа — 5, цинка — 3.

Ученые договорились, что если массовая доля элемента в организме превышает 10-2%, то его следует считать макроэлементом. Доля микроэлементов в организме составляет 10-3-10-5%. Если содержание элемента ниже 10-5%, его считают ультрамикроэлементом. Конечно, такая градация условна. По ней магний попадает в промежуточную область между макро- и микроэлементами.

Таблица 1. Суточное поступление химических элементов в организм человека

Жизненно необходимые элементы

Несомненно, время внесет коррективы в современные представления о числе и биологической роли определенных химических элементов в организме человека. В данной статье мы будем исходить из того, что уже достоверно известно. Роль макроэлементов, входящих в состав неорганических веществ, очевидна. Например, основное количество кальция и фосфора входит в кости (гидроксофосфат кальция Ca10(PO4)6(OH)2), а хлор в виде соляной кислоты содержится в желудочном соке.

Микроэлементы вошли в отмеченный выше ряд 22 элементов, обязательно присутствующих в организме человека. Заметим, что большинство из них — металлы, а из металлов больше половины являются d-элементами. Последние в организме образуют координационные соединения со сложными органическими молекулами. Так, установлено, что многие биологические катализаторы — ферменты содержат ионы переходных металлов (d-элементов). Например, известно, что марганец входит в состав 12 различных ферментов, железо — в 70, медь — в 30, а цинк — более чем в 100. Микроэлементы называют жизненно необходимыми, если при их отсутствии или недостатке нарушается нормальная жизнедеятельность организма. Характерным признаком необходимого элемента является колоколообразный вид кривой доза (n) — ответная реакция (R, эффект) (рис. 1).

Рис. 1. Зависимость ответной реакции (R) от дозы (n) для жизненно необходимых элементов

При малом поступлении данного элемента организму наносится существенный ущерб. Он функционирует на грани выживания. В основном это объясняется снижением активности ферментов, в состав которых входит данный элемент. При повышении дозы элемента ответная реакция возрастает и достигает нормы (плато). При дальнейшем увеличении дозы проявляется токсическое действие избытка данного элемента, в результате чего не исключается и летальный исход. Кривую на рис. 1 можно трактовать так: все должно быть в меру и очень мало и очень много вредно. Например, недостаток в организме железа приводит к анемии, так как оно входит в состав гемоглобина крови, а точнее, его составной части — гема. У взрослого человека в крови содержится около 2,6 г железа. В процессе жизнедеятельности в организме происходят постоянный распад и синтез гемоглобина. Для восполнения железа, потерянного с распадом гемоглобина, человеку необходимо суточное поступление в организм с пищей в среднем около 12 мг этого элемента. Связь анемии с недостатком железа была известна врачам давно, так как еще в XVII веке в некоторых европейских странах при малокровии прописывали настой железных опилок в красном вине. Однако избыток железа в организме тоже вреден. С ним связан сидероз глаз и легких — заболевания, вызываемые отложением соединений железа в тканях этих органов. Главный регулятор содержания железа в крови — печень.

Недостаток в организме меди приводит к деструкции кровеносных сосудов, патологическому росту костей, дефектам в соединительных тканях. Кроме того, считают, что дефицит меди служит одной из причин раковых заболеваний. В некоторых случаях поражение легких раком у людей пожилого возраста врачи связывают с возрастным снижением содержания меди в организме. Однако избыток меди в организме приводит к нарушению психики и параличу некоторых органов (болезнь Вильсона). Человеку причиняют вред лишь относительно большие количества соединений меди. В малых дозах их используют в медицине как вяжущее и бактериостазное (задерживающее рост и размножение бактерий) средство. Так, например, сульфат меди (II) применяют при лечении конъюктивитов в виде глазных капель (25%-ный раствор), а также для прижиганий при трахоме в виде глазных карандашей (сплав сульфата меди(II), нитрата калия, квасцов и камфоры). При ожогах кожи фосфором проводят ее обильное смачивание 5%-ным раствором сульфата меди (II).

Таблица 2. Характерные симптомы дефицита химических элементов в организме человека

Биологическая функция других щелочных металлов в здоровом организме пока неясна. Однако имеются указания, что введением в организм ионов лития удается лечить одну из форм маниакально-депрессивного психоза. Приведем табл. 2, из которой видна важная роль других жизненно необходимых элементов.

Примесные элементы

Имеется большое число химических элементов, особенно среди тяжелых, являющихся ядами для живых организмов, — они оказывают неблагоприятное биологическое воздействие. В табл. 3 приведены эти элементы в соответствии с Периодической системой Д.И. Менделеева.

Таблица 3.

За исключением бериллия и бария, эти элементы образуют прочные сульфидные соединения. Существует мнение, что причина действия ядов связана с блокированием определенных функциональных групп (в частности, сульфгидрильных) протеина или же с вытеснением из некоторых ферментов ионов металлов, например меди и цинка. Элементы, представленные в табл. 3, называют примесными. Их диаграмма доза — эффект имеет другую форму по сравнению с жизненно необходимыми (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость ответной реакции (R) от дозы (n) для примесных химических элементов До определенного содержания этих элементов организм не испытывает вредного воздействия, но при значительном увеличении концентрации они становятся ядовитыми.

Встречаются элементы, которые в относительно больших количествах являются ядами, а в низких концентрациях оказывают полезное влияние. Например, мышьяк — сильный яд, нарушающий сердечно-сосудистую систему и поражающий почки и печень, в небольших дозах полезен, и врачи прописывают его для улучшения аппетита. Кислород, необходимый человеку для дыхания, в высокой концентрации (особенно под давлением) оказывает ядовитое действие.

Из этих примеров видно, что концентрация элемента в организме играет весьма существенную, а порой и катастрофическую роль. Среди примесных элементов имеются и такие, которые в малых дозах обладают эффективными лечащими свойствами. Так, давно было замечено бактерицидное (вызывающее гибель различных бактерий) свойство серебра и его солей. Например, в медицине раствор коллоидного серебра (колларгол) применяют для промывания гнойных ран, мочевого пузыря, при хронических циститах и уретитах, а также в виде глазных капель при гнойных конъюктивитах и бленнорее. Карандаши из нитрата серебра применяют для прижигания бородавок, грануляций. В разбавленных растворах (0,1-0,25%) нитрат серебра используют как вяжущее и противомикробное средство для примочек, а также в качестве глазных капель. Ученые считают, что прижигающее действие нитрата серебра связано с его взаимодействием с белками тканей, что приводит к образованию белковых солей серебра — альбуминатов. Серебро пока не относят к жизненно необходимым элементам, однако уже экспериментально установлено его повышенное содержание в мозгу человека, в железах внутренней секреции, печени. В организм серебро поступает с растительной пищей, например с огурцами и капустой.

В статье приведена Периодическая система, в которой охарактеризована биоактивность отдельных элементов [1]. Оценка основана на проявлении симптомов дефицита или избытка определенного элемента. Она учитывает следующие симптомы (в порядке возрастания эффекта): 1 — снижение аппетита; 2 — потребность в изменении диеты; 3 — значительные изменения состава тканей; 4 — повышенная повреждаемость одной или нескольких биохимических систем, проявляющаяся в специальных условиях; 5 — недееспособность этих систем в специальных условиях; 6 — субклинические признаки недееспособности; 7 — клинические симптомы недееспособности и повышенная повреждаемость; 8 — заторможенный рост; 9 — отсутствие репродуктивной функции. Крайней формой проявления дефицита или избытка элемента в организме является смертельный исход. Оценка биоактивности элемента сделана по девятибальной шкале в зависимости от характера симптома, для которого выявлена специфичность.

При такой оценке наиболее высоким баллом характеризуются жизненно необходимые элементы. Например, элементы водород, углерод, азот, кислород, натрий, магний, фосфор, сера, хлор, калий, кальций, марганец, железо и др. характеризуются суммой балов, равной 9.

Заключение

Выявление биологической роли отдельных химических элементов в функционировании живых организмов (человека, животных, растений) — важная и увлекательная задача. Минеральные вещества, как и витамины, часто действуют как коферменты при катализе химических реакций, происходящих все время в организме.

Усилия специалистов направлены на раскрытие механизмов проявления биоактивности отдельных элементов на молекулярном уровне (см. статьи Н.А. Улахновича «Комплексы металлов в живых организмах»: Соросовский Образовательный Журнал. 1997. № 8. С. 27-32; Д.А. Леменовского «Соединения металлов в живой природе»: Там же. № 9. С. 48-53). Нет сомнения, что в живых организмах ионы металлов находятся в основном в виде координационных соединений с «биологическими» молекулами, которые выполняют роль лигандов. В статье из-за ограниченности объема приведен материал, относящийся главным образом к организму человека. Выяснение роли металлов в жизнедеятельности растений, несомненно, окажется полезным для сельского хозяйства. Работы в этом направлении широко ведутся в лабораториях различных стран.

Весьма интересен вопрос о принципах отбора природой химических элементов для функционирования живых организмов. Не вызывает сомнения, что их распространенность не является решающим фактором. Здоровый организм сам способен регулировать содержание отдельных элементов. При наличии выбора (пищи и воды) животные инстинктивно могут вносить лепту в это регулирование. Возможности растений в данном процессе ограничены. Сознательное регулирование человеком содержания микроэлементов в почве сельскохозяйственных угодий также одна из важных задач, стоящих перед исследователями. Знания, полученные учеными в этом направлении, уже оформились в новую отрасль химической науки — бионеорганическую химию. Поэтому уместно напомнить слова выдающегося ученого XIX века А. Ампера: «Счастливы те, кто развивает науку в годы, когда она не завершена, но когда в ней уже назрел решительный поворот». Эти слова могут быть особенно полезны тем, кто стоит перед выбором профессии.

Список литературы

1. Ершов Ю.А., Плетенева Т.В. Механизмы токсического действия неорганических соединений. М.: Медицина, 1989.

2. Кукушкин Ю.Н. Соединения высшего порядка. Л.: Химия, 1991.

3. Кукушкин Ю.Н. Химия вокруг нас. М.: Высш. шк., 1992.

4. Лазарев Н.В. Эволюция фармакологии. Л.: Изд-во Воен.-мед. акад., 1947.

5. Неорганическая биохимия. М.: Мир, 1978. Т. 1, 2 / Под ред. Г. Эйхгорна.

6. Химия окружающей среды / Под ред. Дж.О. Бокриса. М.: Химия, 1982.

7. Яцимирский К.Б. Введение в бионеорганическую химию. Киев: Наук. думка, 1973.

8. Kaim W., Schwederski B. Bioinorganic Chemistry: Inorganic Elements in the Chemistry of Life. Chichester: JohnWileandSons, 1994. 401 p.

www.ronl.ru

Реферат Химия Химические элементы в организме человека

НАТРИЙ и КАЛИЙ

works.tarefer.ru

Доклад - Химические элементы в организме человека

Ю. Н. Кукушкин, Санкт-Петербургский государственный технологический институт

Для организма человека определенно установлена роль около 30 химических элементов, без которых он не может нормально существовать. Эти элементы называют жизненно необходимыми. Кроме них, имеются элементы, которые в малых количествах не сказываются на функционировании организма, но при определенном содержании являются ядами.

Введение

Многим химикам известны крылатые слова, сказанные в 40-х годах текущего столетия немецкими учеными Вальтером и Идой Ноддак, что в каждом булыжнике на мостовой присутствуют все элементы Периодической системы. Вначале эти слова были встречены далеко не с единодушным одобрением. Однако, по мере того как разрабатывались все более точные методы аналитического определения химических элементов, ученые все больше убеждались в справедливости этих слов.

Если согласиться с тем, что в каждом булыжнике содержатся все элементы, то это должно быть справедливо и для живого организма. Все живые организмы на Земле, в том числе и человек, находятся в тесном контакте с окружающей средой. Жизнь требует постоянного обмена веществ в организме. Поступлению в организм химических элементов способствуют питание и потребляемая вода. В соответствии с рекомендацией диетологической комиссии Национальной академии США ежедневное поступление химических элементов с пищей должно находиться на определенном уровне (табл. 1). Столько же химических элементов должно ежесуточно выводиться из организма, поскольку их содержания находятся в относительном постоянстве.

Предположения некоторых ученых идут дальше. Они считают, что в живом организме не только присутствуют все химические элементы, но каждый из них выполняет определенную биологическую функцию. Вполне возможно, что эта гипотеза не подтвердится. Однако, по мере того как развиваются исследования в данном направлении, выявляется биологическая роль все большего числа химических элементов.

Организм человека состоит на 60% из воды, 34% приходится на органические вещества и 6% — на неорганические. Основными компонентами органических веществ являются углерод, водород, кислород, в их состав входят также азот, фосфор и сера. В неорганических веществах организма человека обязательно присутствуют 22 химических элемента: Ca, P, O, Na, Mg, S, B, Cl, K, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cr, Si, I, F, Se.

Например, если вес человека составляет 70 кг, то в нем содержится (в граммах): кальция — 1700, калия — 250, натрия — 70, магния — 42, железа — 5, цинка — 3.

Ученые договорились, что если массовая доля элемента в организме превышает 10-2%, то его следует считать макроэлементом. Доля микроэлементов в организме составляет 10-3-10-5%. Если содержание элемента ниже 10-5%, его считают ультрамикроэлементом. Конечно, такая градация условна. По ней магний попадает в промежуточную область между макро- и микроэлементами.

Таблица 1. Суточное поступление химических элементов в организм человека

Жизненно необходимые элементы

Несомненно, время внесет коррективы в современные представления о числе и биологической роли определенных химических элементов в организме человека. В данной статье мы будем исходить из того, что уже достоверно известно. Роль макроэлементов, входящих в состав неорганических веществ, очевидна. Например, основное количество кальция и фосфора входит в кости (гидроксофосфат кальция Ca10(PO4)6(OH)2), а хлор в виде соляной кислоты содержится в желудочном соке.

Микроэлементы вошли в отмеченный выше ряд 22 элементов, обязательно присутствующих в организме человека. Заметим, что большинство из них — металлы, а из металлов больше половины являются d-элементами. Последние в организме образуют координационные соединения со сложными органическими молекулами. Так, установлено, что многие биологические катализаторы — ферменты содержат ионы переходных металлов (d-элементов). Например, известно, что марганец входит в состав 12 различных ферментов, железо — в 70, медь — в 30, а цинк — более чем в 100. Микроэлементы называют жизненно необходимыми, если при их отсутствии или недостатке нарушается нормальная жизнедеятельность организма. Характерным признаком необходимого элемента является колоколообразный вид кривой доза (n) — ответная реакция (R, эффект) (рис. 1).

Рис. 1. Зависимость ответной реакции (R) от дозы (n) для жизненно необходимых элементов

При малом поступлении данного элемента организму наносится существенный ущерб. Он функционирует на грани выживания. В основном это объясняется снижением активности ферментов, в состав которых входит данный элемент. При повышении дозы элемента ответная реакция возрастает и достигает нормы (плато). При дальнейшем увеличении дозы проявляется токсическое действие избытка данного элемента, в результате чего не исключается и летальный исход. Кривую на рис. 1 можно трактовать так: все должно быть в меру и очень мало и очень много вредно. Например, недостаток в организме железа приводит к анемии, так как оно входит в состав гемоглобина крови, а точнее, его составной части — гема. У взрослого человека в крови содержится около 2,6 г железа. В процессе жизнедеятельности в организме происходят постоянный распад и синтез гемоглобина. Для восполнения железа, потерянного с распадом гемоглобина, человеку необходимо суточное поступление в организм с пищей в среднем около 12 мг этого элемента. Связь анемии с недостатком железа была известна врачам давно, так как еще в XVII веке в некоторых европейских странах при малокровии прописывали настой железных опилок в красном вине. Однако избыток железа в организме тоже вреден. С ним связан сидероз глаз и легких — заболевания, вызываемые отложением соединений железа в тканях этих органов. Главный регулятор содержания железа в крови — печень.

Недостаток в организме меди приводит к деструкции кровеносных сосудов, патологическому росту костей, дефектам в соединительных тканях. Кроме того, считают, что дефицит меди служит одной из причин раковых заболеваний. В некоторых случаях поражение легких раком у людей пожилого возраста врачи связывают с возрастным снижением содержания меди в организме. Однако избыток меди в организме приводит к нарушению психики и параличу некоторых органов (болезнь Вильсона). Человеку причиняют вред лишь относительно большие количества соединений меди. В малых дозах их используют в медицине как вяжущее и бактериостазное (задерживающее рост и размножение бактерий) средство. Так, например, сульфат меди (II) применяют при лечении конъюктивитов в виде глазных капель (25%-ный раствор), а также для прижиганий при трахоме в виде глазных карандашей (сплав сульфата меди(II), нитрата калия, квасцов и камфоры). При ожогах кожи фосфором проводят ее обильное смачивание 5%-ным раствором сульфата меди (II).

Таблица 2. Характерные симптомы дефицита химических элементов в организме человека

Биологическая функция других щелочных металлов в здоровом организме пока неясна. Однако имеются указания, что введением в организм ионов лития удается лечить одну из форм маниакально-депрессивного психоза. Приведем табл. 2, из которой видна важная роль других жизненно необходимых элементов.

Примесные элементы

Имеется большое число химических элементов, особенно среди тяжелых, являющихся ядами для живых организмов, — они оказывают неблагоприятное биологическое воздействие. В табл. 3 приведены эти элементы в соответствии с Периодической системой Д.И. Менделеева.

Таблица 3.

За исключением бериллия и бария, эти элементы образуют прочные сульфидные соединения. Существует мнение, что причина действия ядов связана с блокированием определенных функциональных групп (в частности, сульфгидрильных) протеина или же с вытеснением из некоторых ферментов ионов металлов, например меди и цинка. Элементы, представленные в табл. 3, называют примесными. Их диаграмма доза — эффект имеет другую форму по сравнению с жизненно необходимыми (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость ответной реакции (R) от дозы (n) для примесных химических элементов До определенного содержания этих элементов организм не испытывает вредного воздействия, но при значительном увеличении концентрации они становятся ядовитыми.

Встречаются элементы, которые в относительно больших количествах являются ядами, а в низких концентрациях оказывают полезное влияние. Например, мышьяк — сильный яд, нарушающий сердечно-сосудистую систему и поражающий почки и печень, в небольших дозах полезен, и врачи прописывают его для улучшения аппетита. Кислород, необходимый человеку для дыхания, в высокой концентрации (особенно под давлением) оказывает ядовитое действие.

Из этих примеров видно, что концентрация элемента в организме играет весьма существенную, а порой и катастрофическую роль. Среди примесных элементов имеются и такие, которые в малых дозах обладают эффективными лечащими свойствами. Так, давно было замечено бактерицидное (вызывающее гибель различных бактерий) свойство серебра и его солей. Например, в медицине раствор коллоидного серебра (колларгол) применяют для промывания гнойных ран, мочевого пузыря, при хронических циститах и уретитах, а также в виде глазных капель при гнойных конъюктивитах и бленнорее. Карандаши из нитрата серебра применяют для прижигания бородавок, грануляций. В разбавленных растворах (0,1-0,25%) нитрат серебра используют как вяжущее и противомикробное средство для примочек, а также в качестве глазных капель. Ученые считают, что прижигающее действие нитрата серебра связано с его взаимодействием с белками тканей, что приводит к образованию белковых солей серебра — альбуминатов. Серебро пока не относят к жизненно необходимым элементам, однако уже экспериментально установлено его повышенное содержание в мозгу человека, в железах внутренней секреции, печени. В организм серебро поступает с растительной пищей, например с огурцами и капустой.

В статье приведена Периодическая система, в которой охарактеризована биоактивность отдельных элементов [1]. Оценка основана на проявлении симптомов дефицита или избытка определенного элемента. Она учитывает следующие симптомы (в порядке возрастания эффекта): 1 — снижение аппетита; 2 — потребность в изменении диеты; 3 — значительные изменения состава тканей; 4 — повышенная повреждаемость одной или нескольких биохимических систем, проявляющаяся в специальных условиях; 5 — недееспособность этих систем в специальных условиях; 6 — субклинические признаки недееспособности; 7 — клинические симптомы недееспособности и повышенная повреждаемость; 8 — заторможенный рост; 9 — отсутствие репродуктивной функции. Крайней формой проявления дефицита или избытка элемента в организме является смертельный исход. Оценка биоактивности элемента сделана по девятибальной шкале в зависимости от характера симптома, для которого выявлена специфичность.

При такой оценке наиболее высоким баллом характеризуются жизненно необходимые элементы. Например, элементы водород, углерод, азот, кислород, натрий, магний, фосфор, сера, хлор, калий, кальций, марганец, железо и др. характеризуются суммой балов, равной 9.

Заключение

Выявление биологической роли отдельных химических элементов в функционировании живых организмов (человека, животных, растений) — важная и увлекательная задача. Минеральные вещества, как и витамины, часто действуют как коферменты при катализе химических реакций, происходящих все время в организме.

Усилия специалистов направлены на раскрытие механизмов проявления биоактивности отдельных элементов на молекулярном уровне (см. статьи Н.А. Улахновича «Комплексы металлов в живых организмах»: Соросовский Образовательный Журнал. 1997. № 8. С. 27-32; Д.А. Леменовского «Соединения металлов в живой природе»: Там же. № 9. С. 48-53). Нет сомнения, что в живых организмах ионы металлов находятся в основном в виде координационных соединений с «биологическими» молекулами, которые выполняют роль лигандов. В статье из-за ограниченности объема приведен материал, относящийся главным образом к организму человека. Выяснение роли металлов в жизнедеятельности растений, несомненно, окажется полезным для сельского хозяйства. Работы в этом направлении широко ведутся в лабораториях различных стран.

Весьма интересен вопрос о принципах отбора природой химических элементов для функционирования живых организмов. Не вызывает сомнения, что их распространенность не является решающим фактором. Здоровый организм сам способен регулировать содержание отдельных элементов. При наличии выбора (пищи и воды) животные инстинктивно могут вносить лепту в это регулирование. Возможности растений в данном процессе ограничены. Сознательное регулирование человеком содержания микроэлементов в почве сельскохозяйственных угодий также одна из важных задач, стоящих перед исследователями. Знания, полученные учеными в этом направлении, уже оформились в новую отрасль химической науки — бионеорганическую химию. Поэтому уместно напомнить слова выдающегося ученого XIX века А. Ампера: «Счастливы те, кто развивает науку в годы, когда она не завершена, но когда в ней уже назрел решительный поворот». Эти слова могут быть особенно полезны тем, кто стоит перед выбором профессии.

Список литературы

1. Ершов Ю.А., Плетенева Т.В. Механизмы токсического действия неорганических соединений. М.: Медицина, 1989.

2. Кукушкин Ю.Н. Соединения высшего порядка. Л.: Химия, 1991.

3. Кукушкин Ю.Н. Химия вокруг нас. М.: Высш. шк., 1992.

4. Лазарев Н.В. Эволюция фармакологии. Л.: Изд-во Воен.-мед. акад., 1947.

5. Неорганическая биохимия. М.: Мир, 1978. Т. 1, 2 / Под ред. Г. Эйхгорна.

6. Химия окружающей среды / Под ред. Дж.О. Бокриса. М.: Химия, 1982.

7. Яцимирский К.Б. Введение в бионеорганическую химию. Киев: Наук. думка, 1973.

8. Kaim W., Schwederski B. Bioinorganic Chemistry: Inorganic Elements in the Chemistry of Life. Chichester: JohnWileandSons, 1994. 401 p.

www.ronl.ru

Химические элементы в организме человека

Муниципальная гимназия № 1

Реферат по химии.

Химические элементы в организме человека.

Выполнил ученик 10 А класса

Кривошапкин И.

Проверила,научный сотрудник,

Уфинцева Т.С.

Г. Новосибирск 1999

Многие учёные считают, что в живом организме не только присутствуют все химические элементы, но каждый из них выполняет определённую биологическую функцию. Достоверно установлена роль около 30 химических элементов, без которых организм человека не может нормально существовать.Эти элементы называют жизненно необходимыми.

Организм человека состоит на 60% из воды, 34% приходится на органические и 6%- на неорганические вещества. Основными компонентами органических веществ являются углерод, водород и кислород, в их состав также входят азот, фосфор и сера. В неорганических веществах человека обязательно присутствуют 22 химических элемента:Ca, P, O, Na, Mg, S, B, Cl,K, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cr, Si, I, F, Se. Учёные договорились, что если массовая доля элемента в организме превышает 10-2 %, то его следует считать макроэлементом. Доля микроэлементов в организме человека 10-3– 10-5%. Если содержание элемента ниже 10-5 %, его считают ультрамикроэлементом.

Макроэлементы.

К макроэлементам относятся K, Na, Ca, Cl. Например, при весе человека70 кг, в нём содержится (в граммах ): кальция – 1700, калия – 250, натрия–70.

КАЛЬЦИЙ

Большое содержание кальция в организме человека объясняется тем, что он в значительном количестве содержится в костях в виде гидроксофосфат кальция – Ca10(PO4)6(OH)2 и его суточное потребление составляет для взрослого человека 800-1200мг.

Концентрация ионов кальция в плазме крови поддерживается очень точно на уровне 9-11мг% и у здорового человека редко колеблется больше чем на0,5мг% выше или нормального уровня, являясь одним из наиболее точно регулируемых факторов внутренней среды. Узкие границы, в пределах которых колеблется содержание кальция в крови, обусловлены взаимодействием двух гормонов – паратгормона и тирокальцитонина. Падение уровня кальция в крови приводит к усилению внутренней секреции околощитовидных желез, что сопровождается увеличением поступления кальция в кровь из его костных депо.Наоборот, повышение содержания этого электролита в крови угнетает выделение паратгормона и усиливает образование тирокальцитонина из парафолликулярных клеток щитовидной железы, в результате чего снижается количество кальция в крови. У человека при недостаточной внутрисекретрной функции околощитовидных желез развивается гипопаратериоз с падением уровня кальция в крови. Это вызывает резкое повышение возбудимости центральной нервной системы, что сопровождается приступами судорог и может привести к смерти.Гиперфункция околощитовидных желез вызывает увеличение содержания кальция в крови и уменьшение неорганического фосфата, что сопровождается разрушением костной ткани (остеопороз), слабостью в мышцах и болями в конечностях.

НАТРИЙ и КАЛИЙ

Жизненно необходимые элементы натрий и калий функционируют в паре.Надёжно установлено что скорость диффузии ионов Na, и K через мембрану в покое мала, разность их концентрации вне клетки и внутри должна была в конечном итоге выровняться, если бы в клетке не существовало специального механизма, который обеспечивает активное выведение («выкачивание») из протоплазмы проникающих в неё ионов натрия и введение («нагнетание») ионов калия. Этот механизм получил название натрий – калиевого насоса.Для того чтобы сохранялась ионная асимметрия, натрий - калиевый насос должен выкачивать против градиента концентрации из клетки ионы натрия и нагнетать в неё ионы калия и, следовательно, совершать определённую работу.Непосредственным источником энергии для работы насоса является расщепление богатых энергией фосфорных соединений – АТФ, которое происходит под влиянием фермента – аденозинтрифосфатазы, локализованной в мембране и активируемой ионами натрия и калия. Торможение активности этого фермента, вызываемое некоторыми веществами и приводит к нарушению работы насоса.Интересно, что по мере старения организма градиент концентрации ионов калия и натрия на границе клеток падает, а при наступление смерти выравнивается

Микроэлементы.

К ним относится отмеченный выше ряд 22 химических элементов, обязательно присутствующих в организме человека. Заметим, что большинство из них металлы, а из металлов основным является железо.

ЖЕЛЕЗО

Несмотря на то, что содержание железа в человеке массой 70кг не превышает 5г и суточное потребление 10 – 15мг, оно играет особую роль в жизни деятельности организма

Железо занимает совершенно особое место, так как на него не распространяется действие секреторной системы. Концентрация железа регулируется исключительно его поглощением, а не выделением. В организме взрослого человека около 65% всего железа содержится в гемоглобине и миоглобине, большая часть оставшегося запасается в специальных белках(ферритине и гемосидерине), и только очень небольшая часть находится в различных ферментах и системах транспорта.

Гемоглобин и миоглобин.

Гемоглобин выполняет в организме важную роль переносчика кислорода и принимает участие в транспорте углекислоты. Общее содержание гемоглобина равно 700г, а кровь взрослых людей содержит в среднем около 14 – 15%.

Гемоглобин представляет собой сложное химическое соединение (мол. вес.68 800). Он состоит из белка глобина и четырёх молекул гема. Молекула гема, содержащая атом железа, обладает способностью присоединять и отдавать молекулу кислорода. При этом валентность железа, к которому присоединяется кислород, не изменяется, т. е. железо остаётся двухвалентным.

Оксигемоглобин несколько отличается по цвету от гемоглобина, поэтому артериальная кровь, содержащая оксигемоглобин, имеет ярко - алый цвет.Притом тем более яркий, чем полнее произошло её насыщение кислородом.Венозная кровь, содержащая большое количество восстановленного гемоглобина, имеет тёмно – вишнёвый цвет.

Метгемоглобин является окислительным гемоглобином, при образование которого меняется валентность железа: двухвалентное железо, входящее в молекулу гемоглобина, превращается в трёх валентное. В случае большого накопление в организме метгемоглобина отдача кислорода тканям становится невозможной и наступает смерть от удушения.

Карбоксигемоглобин представляет собой соединение гемоглобина с угарным газом. Это соединение примерно в 150 – 300 раз прочнее, чем соединение гемоглобина с кислородом. Поэтому примесь даже 0,1% угарного газа во вдыхаемом воздухе ведёт к тому, что 80% гемоглобина оказываются связанными с окисью углерода и не присоединяют кислород, что является опасным для жизни.

Миоглобин. В скелетной и сердечной мышце находится миоглобин. Он способен связывать до 14% общего количества кислорода в организме. Это его свойство играет важную роль в снабжение кислородом работающих мышц. Если при сокращение мышцы кровеносные капилляры её сжимаются и кровоток в некоторых участках мышцы прекращается, в течение некоторого времени сохраняется снабжение мышечных волокон кислородом.

Трансферрин.

Трансферрин – класс железо связывающих молекул. Наиболее изученный- это трансферрин сыворотки – является транспортным белком, переносящим железо из обломков гемоглобина селезёнки и печени в костный мозг, где на специальных его участках вновь синтезируется гемоглобин. Весь сывороточный трансферрин, единовременно связывая только 4 мг железа, ежедневно переносит в костный мозг около 40мг железа – весьма существенное доказательство его эффективности как транспортного белка. Больные с генетически обусловленными нарушениями синтеза трансферрина страдают железодефицитной анемией, нарушениями иммунной системы и интоксикацией от избытка железа!

Трансферрин – это гликопротеин с молекулярной массой около 80 000. Он состоит из одной полипептидной цепи, свёрнутой так, что она образует два компактных участка, каждый из которых способен связывать по одному иону железа (III). Правда, связывание железа возможно лишь при связывание аниона. В отсутствие подходящего аниона катион железа не присоединяется к трансфферину. В большинстве случаев в природе для этого используется карбонат, хотя активировать центр связывание металла способны и другие анионы, например оксалат, малонат, и цитрат.

Высокая устойчивость комплекса железа с трансферрином делает его отличным переносчиком, но зато и выдвигает проблему высвобождения железа из комплекса. Многие из хороших хелатирующих агентов малопригодны в качестве посредников при высвобождение железа. Наиболее эффективным из них оказался пирофосфат. Принимая во внимание существенную роль в связывание железа с транферрином, было бы логически предложить, что удаление аниона должно лежать в основе любого механизма высвобождение железа, однако никакой корреляции между способностью замещать карбонат в трансферриновом комплексе и их эффективностью как посредника в освобождение железа не найдено. В транспортной системе микробов отдача ионов железа переносчиком вызывается восстановлением их до Fe (II), но, как достоверно установлено, из трансферрина железо высвобождается в виде Fe (III).

Ферритин.

В органах млекопитающих железо в основном запасается в двух формах – ферритине и гемосидерине. Гемосидерин изучен не достаточно хорошо и, возможно, является продуктом распада ферритина. Ферритин в настоящее время охарактеризован довольно полно. Это водо-растворимый белок, состоящий из 24 одинаковых субъединиц, которые составляют пустотелую сферическую оболочку. Во внутренней полости находится мицелярное ядро, содержание железа в котором примерно 57%. Мицела может содержать до 4500 атомов железа, если ферритин полностью насыщен железом (что не является обязательным). Белковую оболочку пронизывают шесть каналов, которые служат для приёма и отдачи железа.

Приём железа происходит при каталитическом окислении аппоферритином Fe(II) в Fe (III), а высвобождение – при восстановление Fe (II) восстановленными флавинами. В большинстве клеток синтез ферритина значительно ускоряется в присутствии железа; в клетках печени крыс синтез субъединиц проходит за 2 – 3 мин.

МЕДЬ

Недостаток в организме меди приводит к деструкции кровеносных сосудов, патологическому росту костей, дефектам в соединительных тканях. Кроме того, считают, что дефицит меди служит одной из причин раковых заболеваний. В некоторых случаях поражение легких раком у людей пожилого возраста врачи связывают с возрастным понижением меди в организме. Многое известно и о транспорте меди в организме. Значительная часть меди находится в форме церулоплазмина. Содержание меди в организме варьируется от 100 до 150 мг с наибольшей концентрацией в стволе мозга. Большой расход меди ведёт к дефициту и неблагоприятен для человека. Прогрессирующие заболевание мозга у детей (синдром Менкеса) связано с дефицитом меди, так как при этом заболевание не хватает медьсодержащего фермента. Некоторые улучшения в состоянии этих больных было получено при введение меди. Избыточное количество меди в организме также неблагоприятно и ведет к развитию тяжелых заболеваний. При болезни Вильсона содержание меди увеличивается практически в 100 раз по сравнению с нормой. Медь обнаруживается во многих тканях, но особенно её много в печени, почках и мозге. Её можно увидеть на роговице в виде коричневых или зелёных кругов. В настоящие время установлено, что первоначально избыточные концентрации меди возникают в печени, затем в нервной системе, проявление расстройства этих органов наступают в том же порядке. Симптомы болезни Вильсона включают цирроз печен, нарушение координации, сильный тремор, прогрессирующие разрушение зубов. Степень выраженности симптомов зависит от количества содержание меди. Уменьшение клинической симптоматики может быть достигнуто использованием хелатирующих агентов, выводящих излишки запасов меди. Сам факт исчезновение симптомов после подобной терапии означает, что разрушение мозга является больше биологическим процессом, нежели структурным.

Несмотря на генетически зависимую природу заболевания, отложение меди в тканях наблюдается не всегда. Медь откладывается в определённые медь протеины печени, при болезни Вильсона происходит нарушение в синтезе апоцерулоплазмина таким образом, что медь не может связываться с этими белками и начинает откладываться в других местах. Понятно, что это не может служить единственным объяснением, так как у ряда пациентов уровень церулоплазмина понижен незначительно. Кроме того, в больших количествах медь обнаруживается в печени новорождённых, причём 2% общего количества меди связано с белком. Через три месяца концентрация снижается до нормального уровня, с того времени печень способна синтезировать белок цирулоплазмин. Существует другая точка зрения на болезнь Вильсона: структура белка металлотеонина при болезни Вильсона нарушена, и это ведёт к повышенному связыванию ионов меди, что в свою очередь ведёт к нарушению запасов и транспорта меди в организме. У пациентов с болезнью Вильсона было продемонстрировано повышенное связывание меди металлотионеином.

При лечение болезни Вильсона употребляют пищу, бедную медью, и применяют хелатирующие агенты, особенно пенисилламин.

При многих других заболеваниях наблюдается увеличение меди сыворотки: так при инфекционном гепатите наблюдается увеличение сыворотки меди в 3 раза по сравнению с нормой – 350мкг/100мл. это связано с накоплением церулоплазмина. Повышение меди в крови встречается при таких заболеваниях, как лейкемия, лимфома, ревматоидный артрит, цирроз, нефрит. Высокий уровень меди может быть связан с различными явлениями, и обнаружение высоких концентраций меди сыворотки представляет диагностическую ценность только при одновременном рассмотрение с данными других исследований. Анализ концентрации ионов меди необходимо проводить для оценки эффективности лечения, так как уровень меди прямо пропорционален тяжести заболевания. Это положение верно при гепатитах и злокачественных заболеваниях.

ЦИНК

Большое значение для организма человека имеет цинк, в среднем в организме находится около 3г, а суточное потребление 15мг. Дефицит цинка у человека выражается в потере аппетита, нарушении в скелете и оволосении, повреждении кожи, замедлении полового созревания. В нескольких случаях дефицит цинка привёл у людей к большим нарушениям в сенсорном аппарате, выражавшимся в извращение: вкуса и запаха. У этих пациентов симптомы анорексии и нарушение физиологических отравлений могут быть сняты добавками цинка в рацион. Важную роль цинк играет в заживлении ран. При дефиците цинка этот процесс идёт медленно в следствии снижения синтеза белка и коллагена. Из этого следует, что для улучшения заживления ран в рацион больным с дефицитом элемента следует добавлять цинк.

Неметаллы как микроэлементы.

Мы уделили большое внимание роли металлов. Однако необходимо учитывать, что некоторые неметаллы также являются совершенно необходимыми для функционирования организма.

КРЕМНИЙ

Кремний является также необходимым микроэлементом. Это было подтверждено тщательным изучением питания крыс с использованием различных диет. Крысы заметно прибавили в весе при добавлении метасиликата натрия(Na2(SiO)3 . 9h3O) в их рацион (50мг на 100г). цыплятам и крысам кремний нужен для роста и развитие скелета. Недостаток кремния приводит к нарушению структуры костей и соединительной ткани. Как выяснилось кремний присутствует в тех участках кости, где происходит активная кальцинация, например в кости образующих клетках, остеобластах. С возрастом концентрация кремния в клетках падает.

О том, в каких процессах участвует кремний в живых системах, известно мало. Там он находится в виде кремневой кислоты и, наверное, участвует в реакциях сшивки углеродов. У человека богатейшим источником кремния оказалась гиалуроновая кислота пуповины. Она содержит 1,53мг свободного и0,36мг связанного кремния на один грамм.

СЕЛЕН

Недостаток селена вызывает гибель клеток мышц и приводит к мускульной, в частности сердечной, недостаточности. Биохимическое изучение этих состояний привело к открытию фермента глутатионпероксидазе, разрушающей пероксиды Недостаток селена ведет к уменьшению концентрации этого фермента, что в свою очередь вызывает окисление липидов. Способность селена предохранять от отравления ртутью хорошо известна. Гораздо менее известен тот факт, что существует корреляция между высоким содержанием селена в рационе и низкой смертностью от рака. Селен входит в рацион человека в количестве 55 – 110мг в год, а концентрация селена в крови составляет 0,09– 0,29мкг/см. При приёме внутрь селен концентрируется в печени и почках.Ещё один пример защитного действия селена от интоксикации лёгкими металлами является его способность предохранять от отравления соединениями кадмия. Оказалось, что как и в случае с ртутью, селен вынуждает эти токсические ионы связываться с ионными активными центрами, с теми, на которое их токсическое действие не влияет.

МЫШЬЯК

Несмотря на хорошо известные токсические действия мышьяка и его соединений, имеются достоверные данные согласно которым недостаток мышьяка приводит к понижению рождаемости и угнетению роста, а добавление в пищу арсенита натрия привело к увеличению скорости роста у человека.

ХЛОР и БРОМ

Анионы галогенов отличаются от всех тем, что они представляют собой простые, а не оксо – анионы. Хлор распространён чрезвычайно широко, он способен проходить сквозь мембрану и играет важную роль в поддержание осмотического равновесия. Хлор присутствует в виде соляной кислоты в желудочном соке. Концентрация соляной кислоты в желудочном соке человека равна 0,4-0,5%.

По поводу роли брома как микроэлемента существуют некоторые сомнения, хотя достоверно известно его седативное действие.

ФТОР

Для нормального роста фтор совершенно необходим, и его недостаток приводит к анемии. Большое внимание было уделено метаболизму фтора в связи с проблемой кариеса зубов, так как фтор предохраняет зубы от кариеса.

Кариес зубов изучен достаточно подробно. Он начинается с образования на поверхности зуба пятна. Кислоты, вырабатываемые бактериями, растворяют под пятном зубную эмаль, но, как ни странно, не с её поверхности. Часто верхняя поверхность остаётся неповреждённой до тех пор, пока участки под ней не окажутся полностью разрушенными. Предполагается, что на этой стадии фторид – ион может облегчать образования аппатита. Таким образом совершается реминелизация начавшегося повреждения.

Фтор используют для предотвращения разрушений зубной эмали. Можно вводить фториды в зубную пасту или же непосредственно обрабатывать ими зубы. Концентрация фтора, необходимая для предотвращения кариеса, составляет в питьевой воде около 1мг/л, но уровень потребления зависит не только от этого. Применение высоких концентраций фторидов (более8мг/л) может неблагоприятным образом повлиять на тонкие равновесные процессы образования костной ткани. Чрезмерное поглощение фторидов приводит к фторозу. Фтороз приводит к нарушениям в работе щитовидной железы, угнетению роста и поражению почек. Длительное воздействие фтора на организм прводит к минерализации тела. В итоге деформируются кости, которые даже могут срастись, и происходит кальцификация связок.

ЙОД

Основной физиологической роль йода является участие в метаболизме щитовидной железы и присущих ей гормонах. Способность щитовидной железы аккумулировать йод присуща также слюнным и молочным железам. А также некоторым другим органам. В настоящее время, однако, считают, что ведущую роль йод играет только в жизни деятельности щитовидной железы.

Недостаток йода приводит к возникновению характерных симптомов: слабости, пожелтению кожи, ощущение холода и сухости. Лечение тиреоидными гормонами или йодом устраняет эти симптомы. Недостаток тереоидных гормонов может привести к увеличению щитовидной железы. В редких случаях (отягощение в организме различных соединений, мешающих поглощению йода, например тиоцианата или антитиреоидного агента – гоитрина, имеющегося в различных видах капусты) образуется зоб. Недостаток йода особенно сильно отражается на здоровье детей – они отстают в физическом и умственном развитии. Йод дефицитная диета во время беремености приводит к рождению гипотироидных детей (кретинов).

Избыток гормонов щитовидной железы приводит к истощению, нервозности, тремору, потере веса и повышенной потливости. Это связано с увеличением пероксидазной активности и вследствие этого с увеличением йодирования тиреоглобулинов. Избыток гормонов может быть следствием опухоли щитовидной железы. При лечение используют радиоактивные изотопы йода, легко усваивающиеся клетками щитовидной железы.

Вывод

1) неорганические соединения, составляющие только 6% от общего веса человека, являются незаменимыми веществами, обеспечивающие гомеостаз организма. 2) Все химические элементы делятся на макро-, микро- и ультрамикро элементы. 3)любое изменение содержания химических веществ как в сторону увеличения так и уменьшению ведет к нарушению обмена веществ

Список литературы:1) Зубков А.А. и Коцицкий Г.И. Внутренняя секреция. Физиология человека.М.: Медицина, 1972, стр. 296.2) Косицкий Г.И. Физиология системы крови. Физиология человека. М.:Медицина, 1972, стр. 331.3) Кукушкин Ю.Н. Химические элементы в организме человека Соросовский образовательный журнал, №5 1998, стр. 54 – 58.4) МакОлифф К. Методы и достижения бионеорганической химии. М.: Мир, 1978.5) Ходоров Б.И. Общая физиология возбудимых тканей Физиология человека. М.:Медицина, 1972, стр. 55.6) Хьюз М. Неорганическая химия биологических процессов. М. Мир, 1983.3) Эйхгорн Г. Неорганическая биохимия. М.: Мир, 1978.

www.neuch.ru

Смотрите также

• 
  Реферат бензин и его свойства
• 
  Реферат математика в профессии сварщика
• 
  Реферат теория горения и взрыва
• 
  Реферат система образования в франции
• 
  Реферат на тему агрессивные дети
• 
  Атомная энергетика в россии реферат
• 
  Реферат эвакуация населения при чс
• 
  Реферат свобода и ответственность личности
• 
  Невербальное общение реферат по психологии
• 
  Фразеологизм реферат для 6 класса
• 
  Реферат о грибоедове 9 класс