Хімія біогенних елементів

ВСТУП

На сьогоднішній день не можна назвати жодної галузі, де б не використовувались досягнення хімічної науки. Виняткову роль хімія відіграє у біології та медицині. У живому організмі протікає близько мільйона хімічних процесів та перетворень. Необхідні для цього речовини надходять до організму з їжею та питною водою. Розуміння протікання хімічних процесів, які лежать в основі різних хвороб, допомагає направленому пошуку способів їх лікування. Тому однією з важливих задач медицини є активне впровадження сучасних досягнень хімії в теорію та практику досліджень функцій живого організму. Особливу роль в цьому напряму відіграє біонеорганічна хімія.

Біонеорганічна хімія (далі – БНХ) як галузь класичної хімії, виникла у другій половині ХХ століття на межі біології, неорганічної та біологічної хімії. Головним завданням БНХ є вивчення ролі біогенних елементів та їх сполук у розвитку фізіологічних і патологічних процесів у живому організмі. Предметом вивчення БНХ є живий організм – відкрита динамічна система, що складається з білків та інших органічних і неорганічних речовин, здатна до самооновлення, росту та обміну речовин. Звідси витікає тісний взаємозв'язок БНХ з біохімією, медициною, фармакологією, екологією. Розвиток медицини багато в чому обумовлений саме досягненнями в біонеорганічній хімії.

У результаті життєдіяльності відбувається синтез речовин, які є хімічними сполуками Карбону, Оксигену, Гідрогену, Нітрогену, Сульфуру та Фосфору. Окрім даних біогенних елементів в обміні речовин бере участь близько 26 елементів (Кальцій, Калій, Натрій, Хлор, Ферум, Флуор, Бор, Йод, Цинк та ін). Загалом, до складу організму людини входить близько 70% хімічних елементів періодичної системи.

Разом із визначенням біологічної ролі хімічних елементів у живому організмі біонеорганічна хімія вивчає комплекси йонів металів з білками, нуклеїновими кислотами, ліпідами та молекулярними сполуками; їх вплив на життєдіяльність організму. При цьому, як правило, розглядаються йони, присутні в молекулах біологічного походження: Na⁺, К⁺, Са²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Со²⁺, Mo²⁺. Біонеорганічна хімія досліджує роль цих йонів у виконанні біологічних функцій металоферментів та інших комплексів. Сучасний стан знань про біологічну роль хімічних елементів дає можливість визначити шляхи виникнення і розвитку різних патологічних процесів в організмі, створювати нові ефективні препарати, що забезпечують активну участь у боротьбі за збереження здоров'я людей і продовження людського життя. Особливу роль біонеорганічна хімія приділяє вивченню взаємодії біометалів в організмі, надлишок або нестача яких спричиняє патологічні наслідки для людини. Наприклад, нестача Феруму в організмі людини призводить до розвитку анемії, а його надлишок – до сидерозісу. Дефіцит Купруму викликає деструкцію судин, надлишок його – призводить до хвороби Вільсона. Низький вміст Цинку в організмі людини призводить до зниження активності більшості біологічних ферментів; надлишок Калію негативно впливає на серцеву діяльність.

Таким чином, біонеорганічна хімія об'єднує два основні напрями: вивчення ролі хімічних елементів та їх сполук в організмі людини, і включення біоелементів у біологічні системи в якості штучних субстратів і ліків. Протягом багатьох століть теоретичне пояснення хімічних процесів, які протікають у живих організмах, ґрунтувалося на натурфілософському вченні про елементи. Глибоке наукове обґрунтування вчення про хімічні елементи отримало в працях В.І.Вернадського, який показав тісний взаємозв’язок хімічного складу земної кори, океану та хімічного складу живих організмів. Згідно біогеохімічної теорії Вернадського, існує «біогенна міграція атомів» по ланцюжку повітря – грунт – вода – їжа – людина, в результаті якого практично всі елементи, що оточують людину у зовнішньому середовищі, в більшій чи меншій мірі проникають до організму. Вчений вважав, що живі організми і земна кора утворюють єдину систему. Речовини живої і неживої природи складаються з однакових хімічних елементів і між ними діють однакові сили хімічних взаємодій.

Вміст хімічних елементів в організмі людини вивчав і О.П.Віноградов. Розвиваючи ідеї В.І.Вернадського про взаємозв’язок елементного складу ґрунту та еволюцію організмів, науковець розробив вчення про біогеохімічні провінції – території, які відрізняються між собою певним кількісним складом хімічних елементів у ґрунті; при цьому в живих організмах, які там перебувають, протікають відповідні біохімічні реакції.

На сьогодні накопичена суттєва кількість фактологічних даних про вміст біоелементів у різних компонентах біосфери, воді, продуктах харчування та в організмі людини. Для медичного спеціаліста знання в області біонеорганічної хімії відіграють значущу роль та сприяють компетентному використанню сучасного арсеналу медичних засобів, спрямованих на допомогу та лікування хворих.

Біонеорганічна хімія надає знання, які є підґрунтям у вивченні дисциплін медико-теоретичного (біохімія, біологія, біоорганічна хімія, біофізика, фізіологія, фармакологія) і клінічного профілю (патологічна фізіологія, гігієна, токсикологія, фізіотерапія, хірургія та ін.).

Необхідність використання хімії в медицині підкреслюється мудрістю думки визначного вченого М.В.Ломоносова, який вважав, що «медик без довольного познания химии совершенен быть не может».

ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ №1

Усвідомлення змісту цього параграфу дає змогу:

- описувати будову атомів за допомогою електронних формул;

- прогнозувати їх властивості та формулювати періодичний закон Д.І.Менделеєва;

- класифікувати біогенні елементи та їх вміст в організмі людини;

- визначати s-, р-, d-елементи та залежність хімічних властивостей їх сполук від властивостей атомів;

- застосовувати знання про біогенні елементи для пояснення їх біологічної ролі в організмі людини та застосування в медицині.

Дата добавления: 2014-11-25