II. Топография биогенных элементов и их биологическая роль

I. Понятие о биогенных элементах.

ХИМИЯ БИОГЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

В настоящее время считается, что в живых организмах содержатся все элементы, встречающиеся в природе. При формировании биосистем наибольшее значение имеют элементы, способные давать достаточно прочные и энергоемкие химические связи, которые в то же время достаточно лабильные, т.е. могут легко разрываться в результате биохимических реакций.

Из внешней среды химические элементы попадают в организм человека тремя путями: через желудочно-кишечный тракт (ЖКТ), дыхательную систему и кожу.

Химические элементы периодической системы, которые участвуют в процессах жизнедеятельности и развития организмов, называются биогенными. Около 60-65 элементов.

Существует несколько классификаций биогенных элементов. Мы рассмотрим – по количественному содержанию.

Итак, по количественному содержанию условно все биогенные элементы можно разделить на три класса:

· макроэлементы – содержание в организме более 10 ^–3 % от массы тела.

Это 11 элементов: O, C, H, N, P, S, Na, K, Ca, Mg, Cl.

Из них 6 элементов – органогены: O, C, H, N, P, S. Это s- и р-элементы малых периодов.

· микроэлементы – содержание в организме от 10 ^–3 % до 10 ^–5 % от массы

тела.

Наиболее важные из них: Fe, Mn, Zn, Cu, Co, Mo, J и т.д. – в основном d-элементы. Установлено, чем боль­ше заряд ядра, тем меньше содержание элемента в организме и тем токсичнее его соединения.

· ультрамикроэлементы – менее 10 ^–5 % до 10 ^–12 % от массы тела.

Это: Hg, Au, U, Ra и т.д.

Макроэлементы:

1. Органогены (С, Н, О, N, S, Р):

· составляют основу органов и тканей организма, входят в состав основных биоорганических веществ: белков, углеводов, нуклеиновых кислот, липидов, витаминов, гормонов и т.д. Поэтому они распределены по всему организму.

· кроме того Н и О образуют воду – «универсальный растворитель» в организме. Все физиологические, биохимические, физико-химиче­ские процессы протекают в водной среде. Содержание воды в организме зависит

ü от возраста: младенцы 80-85%, взрослые 65-70%

ü от вида ткани или биологической жидкости: плазма крови, лимфа 90%; моча 80%; мозг 80-90%; костная ткань 35%.

· элемент Р, кроме того, что входит в состав биоорганических веществ (фосфолипиды, нуклеиновые кислоты, АТФ и т.д.), а также в состав неорганических соединений (в виде фосфата кальция Ca ₃ (PO ₄) ₂):

ü основа костной ткани или основа твердой ткани зубов

(Ca ₅ (PO ₄) ₃ Х, где Х: ОН, Cl, F), причем это составляет 85% от массы всего фосфора в организме.

ü в организме неорганический фосфор содержится в виде анионов фосфорной кислоты Н ₂ PO ₄^– и НPO ₄^2–, которые участвуют в фосфорилировании – важнейшем процессе тканевого дыхания. И, наконец, фосфатный буфер крови, для поддержания постоянства рН.

Более подробно о биологической роли органогенов – при изучении биохимической дисциплины.

2. Элементы Na, K, Ca, Mg, Cl находятся в виде ионов:

· образуют электролитный состав организма.

Электролиты в организме выполняют важную биологическую роль:

ü осмотическое давление

ü кислотно-щелочное равновесие

ü водно-солевой обмен

ü передача нервных импульсов

ü активация ферментативных процессов

· они также распространены по всему организму, при этом Na ⁺ и Са ²⁺ – основные внеклеточные ионы, а К ⁺ и Mg ²⁺ – внутриклеточные ионы, Cl ^– – содержится в плазме и лимфе.

· катионы этих металлов кроме общих свойств проявляют и специфические. Например:

ü Na ⁺ – обеспечивают удержание воды в организме (15 г NaCl удерживают 2 л Н ₂ О в организме). При уменьшении концентрации Na ⁺ снижается количество воды, связанной с белками, а свободная вода легко выводится из организма.

ü К ⁺ – участвуют в синтезе белков, обмене углеводов (активация ферментов гликолиза), действуют на деятельность миокарда.

ü Mg ²⁺ – являются комплексообразователями, проявляя наибольшее сродство к фосфатсодержащим лигандам. За счет комплексообразования, они активизируют ферменты окисли­тельного фосфорилирования, репликации ДНК, минерализации костной ткани. Во внутриклеточной жидкости ионы Mg ²⁺ образуют комплексы с АТФ и АДФ, способствуя их активному гидролизу: Mg ²⁺ + АТФ ^4– ® [MgАТФ] ^2–. Можно добавить, что Mg ²⁺ комплексуется с атомами азота, так в хлорофилле растений Mg ²⁺ занимает центральное место в протопорфириновом кольце, образуя четыре связи с его атомами азота. Mg ²⁺ – подавляет в мозгу центры регуляции дыхания, снижает артериальное давление, усиливает перистальтику кишечника.

ü Са ²⁺ – образуют основной минеральный компонент костной ткани Са ₅ (РО ₄) ₃ ОН; оказывают влияние на свертываемость крови, регуляции сердечного ритма; обладают антиаллергическим действием.

Микроэлементы:

Входят в состав ферментов, гормонов, витаминов и других биологически активных соединений. Они выполняют роль или комплексообразователей (200 металлоферментов) или активаторов, оказывая огромное влияние на обмен веществ, процессы размножения, кроветворения, костеобразования и т.д. Микроэлементы неравномерно распределены между тканями и органами. Большинство микроэлементов в максимальной концентрации содержатся в печени, это депо – микроэлементов.

Отдельные микроэлементы проявляют органную локализацию:

ü J – щитовидная железа

ü F – эмаль зубов

ü Zn – поджелудочная железа

ü Мо – почки

ü Ва – сетчатка глаза

ü Sr – кости

ü Au – ногти, волосы

Для нормального протекания физиологических процессов в организме должен поддерживаться микроэлементный гомеостаз. Контролируют этот процесс гормоны. Изменение содержания микроэлементов в тканях различных органов является причиной развития патологии и, следовательно, может служить диагностическим тестом.

Подробно: Fe, Cu, Zn – сообщения 5-7 минут.

Что хуже избыток или недостаток микроэлементов?

И то, и другое. Недостаток – резкое нарушение процессов метаболизма; избыток – токсичность.

Районы с аномальным содержанием какого-то химического элемента в почве и водоемах называют эндемическими.

У людей, проживающих в таких областях, протекают специфические биохимические реакции, которые вызывают, так называемые, эндемические заболевания.

Например, Ярославская область является эндемическим районом по недостатку йода (J ₂) и кобальта (Со). Поэтому, есть опасность развития эндемического зоба (болезнь щитовидной железы).

Дата добавления: 2015-05-09