Презентація на тему:
Біогенні s-, р-, d-елементи. Біологічна роль та значення їх у медицині.

Біогенні s-, р-, d-елементи. Біологічна роль та значення їх у медицині. Лектор асистент кафедри фармацевтичної хімії Бурмас Наталія Іванівна e-mail: Natashenka-Burmas@rambler.ru

План лекції 1. Біогенні елементи. Класифікація біоелементів за Вернадським. 2. Властивості та біологічна роль деяких s-елементів. 3. Властивості та біологічна роль деяких р-елементів. 4. Властивості та біологічна роль деяких d-елементів. 5. Біологічна роль води в організмі.

1. Біогенні елементи. Класифікація біоелементів за Вернадським. В тілі людини і вищих тварин виявлено біля 70 хімічних елементів, що надходять в організм разом з водою і їжею, з них 47 елементи є постійно, тому вини називаються біогенними. Залежно від кількісного вмісту всі біоелементи В.І. Вернацький розділив на макро-, мікро- і ультрамікроелементами. До макроелементів відносять елементи, вміст яких в організмі становить 0,01 % і більше маси тіла. Це натрій, калій, кальцій, фосфор, хлор, сульфур, магній. До мікроелементів – 10-3–10-5 %. Це йод, бром, фтор, залізо, купрум, алюміній, манган, кобальт, цинк, стронцій, літій, селен, молібден. Ультрамікроелементи – ртуть, золото, хром, силіцій, нікель.

Мал. 1. Вміст хімічних елементів у клітині

2. Властивості та біологічна роль деяких s-елементів. Натрій Солі натрію в організмі знаходяться переважно в розчинному стані в плазмі крові, в лімфі, в лікворі, в травних соках. В клітинах натрію значно менше, тому він зосереджується в позаклітинних зонах. Натрій відіграє важливу роль у затриманні води в організмі. Підраховано, що 1 г натрію може затримати до 25 г води. У зв'язку з тим, що іони натрію в рідинах і міжклітинних зонах найбільше, йому належить важлива роль у перерозподілі води між клітинами i рідинами організму, а також в регуляції обміну води в цілому. Натрій хлорид є основним матеріалом, з якого утворюється соляна кислота. В цьому процесі беруть також участь хлориди калію, кальцію та магнію. Ці солі відіграють найбільшу роль в осмотичних процесах. Іони натрію також необхідні для нормальної збудливості м'язів.

Калій Солі калію, як і натрію, добре розчинні у воді, вони є у всіх тканинах організму. На відміну від натрію, калій в більших кількостях міститься в клітинах, тому натрій звичайно звуть екстрацелюлярним, а калій iнтpaцелюлярним елементом. Так, наприклад, з 8 — 9 г калію, що є в крові, 95 — 96% знаходиться в еритроцитах i лише 3 — 5% у плазмі. Багато калію в травних соках. Іони калію посилюють функції парасимпатичної нервової системи i зменшують збуджуючий вплив натрію на м'язи. Калій посилює дію ацетилхоліну на нервові закінчення в м'язах.

Кальцій Основна маса кальцію міститься в кістках у вигляді солей фосфорної кислоти - оксіапатитів [Са10(РО4і6(ОНі2]. Мінеральна частина кісток складається з мікрокристалів оксіапатиту, на аморфній основі яких сорбуються карбонат (6%), цитрат (1%), натрій (0,7%), магній (0,7%), а також у невеликих кількостях фтор. У великій кількості е кальцій в тканинах зубів, особливо в емалі. Невеликі кількості кальцію (10 — 11 мкмоль є в крові у вигляді розчинних солей (СаСl2). Кальцій необхідний для коагуляції крові та функції м'язів. Кальцій заспокоює нервову систему i зменшує проникніст і спазм судин. Кальцієві солі входять до складу фосфоропротеїду — казеїногену молока. Обмін кальцію в організмі в значній мірі пов’язаний з вітамінами групи D, з функцією паращитовидних залоз та обміном вуглеводів

Більше 50% магнію в організмі людини міститься в кістковій і хрящовій тканині, таким чином, він грає скелетоформуючу роль. Близько 50% магнію - в серці та м'язах, і лише менше 1% - у плазмі крові.    Виявляється, магній має найширшу біологічну роль в нашому організмі: Є активатором більше 300 ферментів. Бере участь у синтезі білка. Активує синтез АТФ, забезпечуючи енергією кожну клітину організму. Бере участь у регуляції імунної відповіді. Регулює нейронну передачу і нервово-м'язову провідність. Регулює тонус гладкої, скелетної мускулатури і серця. Бере участь у кальцієвому обміні і формуванні кісткової тканини

3. Властивості та біологічна роль деяких р-елементів. Кисень - основний біогенний елемент, що входить до складу молекул усіх найважливіших речовин, що забезпечують структуру і функції кліток - білків, нуклеїнових кислот, вуглеводів, ліпідів, а також безлічі низькомолекулярних сполук. У кожній рослині чи тварині кисню набагато більше, ніж будь-якого іншого елемента (у середньому близько 70%). М'язова тканина людини містить 16% кисню, кісткова тканина - 28.5%; усього в організмі середньої людини (маса тіла 70 кг) міститься 43 кг кисню.

Хлор Хлор міститься у вигляді аніону солей натрію, калію, кальцію, магнію та марганцю у всіх рідинах організму людини та тварин. Аніони хлору разом з іонами натрію та калію відіграють основну роль у підтриманні сталості осмотичного тиску плазми крові, лімфи та інших рідин. Більша частина (65 — 70%) всього осмотичного тиску плазми крові забезпечується хлоридами, Вони відіграють важливу роль у підтриманні іонної рівноваги, а отже, i регуляції концентрації водневих іонів. Іонам хлору та хлоридам взагалі належить також важлива роль в утворенні соляної кислоти шлункового соку.

Бром Найбільший вміст брому відзначають в мозковій речовині нирок, щитовидної залозі, тканині головного мозку, гіпофізі. Бром входить до складу шлункового соку, впливаючи (поряд з хлором) на його кислотність. Добова потреба в бромі становить 0,5-2 мг. Основними джерелами брому в харчуванні людини є хліб і хлібопродукти, молоко та молочні продукти, бобові. У нормі в плазмі крові міститься близько 17 ммоль / л брому (близько 150 мг / 100 мл плазми крові). Бром при надмірному накопиченні пригнічує функцію щитовидної залози, перешкоджаючи вступу в неї йоду. Солі брому надають гальмівну дію на ЦНС, активують статеву функцію, збільшуючи обсяг еякулята і кількість сперматозоїдів в ньому.

Йод В організмі людини міститься близько 25 мг йоду, з яких 15 мг — у щитовидні й залозі. Йод входить до складу гормону щитовидної залози — тироксину. Крім того, в невеликій кількості він завжди е в крові, що необхідно для нормальної функції щитовидної залози. Добова потреба в йоді дорівнює приблизно 100 мікрограмам, або найменше 1 мікрограму на і кг ваги тіла. При недостатності йоду у воді i їжі послаблюється функція щитовидної залози i замість залозистої тканини розростається сполучна тканина, утворюючи досить значні нарости на передній поверхні шиї. В зв'язку з цим i захворювання має назву зобної хвороби.

Фтор Фтор відноситься до біомікроелементів і відіграє значну роль в розвитку і мінералізації кісток зубів. У крові людини місткість фтору коливається в межах 0,03- 0,07%. Значно більше його є в кістках (10-30 %) і особливо багато є в зубах (в емалі 120- 150 мг %, в дентині близько 50 мг %). В медицині деякі фторомісткі сполуки зустрічаються, як лікарські засоби, вони використовуються для наркозу, в кількості кровозамінників. В кістках і зубах фтор знаходиться в нерозчиненому вигляді фтор кальцієвої солі, фосфорної кислоти фтор апарата. Флюороз, який спричинений зниженням вмісту фтору в організмі

Найвища концентрація селену реєструється у міокарді, печінці, нирках, гіпофізі і скелетних м`язах. Вміст селену в крові відображує його рівень в організмі і коливається в середньому від 100 до 130 мкг/л. Селен справляє на організм антигістамінну, антиалергенну, антитератогенну, антиканцерогенну, радіопротекторну, детоксикаційну й інші дії. Мікроелемент гальмує старіння організму, підтримує еластичність тканин, бере участь у детоксикації солей важких металів (кадмію, ртуті, арсену, свинцю, нікелю), хлорорганічних сполук, елементного фосфору та інсуліну. Сполуки мікроелемента підвищують світлочутливість сітківки ока, стимулюють активність неспецифічних чинників імунітету. З дефіцитом селену в організмі пов`язують патогенез атеросклерозу, панкреатиту, артриту, гематозу, інших захворювань.

Фосфор у позаклітинних рідинах становить лише 1% від загального фосфору організму. Велика частина (70%) загального фосфору в плазмі виявлена, як складова частина органічних фосфоліпідів. - Фосфор присутній в живих клітинах у вигляді орто-і пірофосфорної кислот, входить до складу нуклеотидів, нуклеїнових кислот, фосфопротеидов, фосфоліпідів, коферментів, ферментів. - Неорганічний фосфат входить до складу буферної системи крові та регулює її кислотно-основну рівновагу. При нестачі фосфору в організмі розвиваються різні захворювання кісток. Надмірне надходження фосфору призводить до розвитку підвищеного вмісту фосфору в крові, що провокує розвиток сечокам'яної хвороби.

4. Властивості та біологічна роль деяких d-елементів. Залізо Біологічна роль заліза обумовлена головним чином тим, що воно входить до складу гемоглобіну, міоглобіну та великої групи ферментів тканинного дихання. В організмі людини міститься 3-5 г заліза, з яких близько - 73 % знаходиться в гемоглобіні, - 3-5 % - у міоглобіні, - 15-16% зв'язано у вигляді залізо-6ілкових комплексів – феритину, що є запасною формою заліза; - 0,1% міститься в плазми у вигляді залізовмісного білка сидерофіліну та - 0,1% входить до складу ферментів.

Гемоглобін – складний білок, що містить і небілкову гем-групу, на долю якого випадає близько 4% маси гемоглобіну. Гем являє собою комплекс заліза (II) з макроциклічним лігандом – порфірином і має плоску будову. В цьому комплексі атом заліза звязаний з чотирма донорними атомами азоту макрокільця так, що атом заліза знаходиться в центрі цього порфіринового кільця. Пятий звязок атом заліза утворює з атомом азоту імідазольної групи гістидину – амінокислотного залишку глобіну.

Купрум Мідь (купрум) необхідна для процесу утворення крові при нестачі в організмі людини або тварини міді послаблюється утворення гемоглобіну i розвивається анемія. мідь підсилює дію інсуліну i гормонів гіпофіза, які стимулюють розвиток i функцію статевих залоз. Мідь виявлено в еритроцитах та печінці — у вигляді білка гемокупреїну. Крім того, вона утворює комплекси з білками плазми. Мідь входить до складу ферментів: альдолази, каталази. Малі дози міді гальмують розпад глікогену i тим самим сприяють збереженню його в організмі. Солі міді застосовуються в очній, дерматологічній, уролопчній та гінеколопчній клініці.

Цинк Біологічна роль цинку: * імуностимулююча * регуляція рівня чоловічих статевих гормонів * хороше протікання вагітності * поліпшення якості зору * регуляція функцій нервової системи. * нормалізація процесів травлення * антиоксидантна *нормалізація рівня цукру в крові Міститься в: * устриці, креветки, оселедець, макреля, * м'ясо, яловича печінка, м'ясо птиці, молоко, сир, яйця * насіння гарбуза, соняшнику, бобові, гриби, вівсяна і гречана крупи, волоський горіхи, часник, цвітна та качанова капуста, спаржа, часник, картопля, буряк, морква, * яблука, груші, сливи, вишня. Добова потреба: 10 - 20 мг

Кобальт * бере участь у процесі кровотворення, утворенні еритроцитів, бере участь у засвоєнні заліза; * нормалізує обмін речовин, сприяє відновленню клітин; * стимулює ріст кісткової тканини; * має антиатеросклеротичну та імуностимулюючу дію; * запобігає загостренню нервових захворювань.

Вітамін В12 (ціанокобаламін) Вітамін B12 - єдиний з поживних речовин, що містить мікроелемент кобальт, необхідний для нашого здоров'я. Цей вітамін бере активну участь в обміні білків, жирів і вуглеводів в тісній взаємодії з вітаміном С, фолієвої та пантотенової кислотами. Щоб у нас були здорові нерви і ми були у всеозброєнні перед повсякденними стресами, він старанно допомагає мільярдам молекул фолієвої кислоти при виробленні холіну. Ціанокобаламін забезпечує вступ каротинів в обмін речовин і їх перетворення в активний вітамін А. Нарешті, у взаємодії з іншими речовинами вітамін запускає основний життєвий процес - синтез дезоксирибонуклеїнової і рибонуклеїнової кислот. Це білкові речовини, з яких складаються клітинні ядра і які містять всю спадкову інформацію.

Біологічна роль марганцю: * допомагає усунути безсилля, покращує м'язові рефлекси; * покращує пам'ять, зменшує нервову дратівливість; * зміцнює опорно-руховий апарат, усуває хрускіт у суглобах, відчуття скутості в руках і ногах, підтримує повноцінну структуру кісткової тканини, знижуючи ризик деформації суглобів; * запобігає розвитку атеросклерозу; * нормалізує статеву функцію; * нормалізує роботу щитовидної залози; нормалізує вуглеводний обмін. Де міститься: * бобові, горіхи, гречка, рис, пшеничні висівки, вівсянка, * брусниця, чорниця, малина, черемха, чорна смородина, суниця, морква, зелений чай, шпинат, петрушка.

5. Біологічна роль води в організмі В цілому організм людини перебуває на 86–50% з води (86% у новонародженого і 50% у старечому організмі). * Як наповнювач - вода підтримує не тільки зовнішню форму окремих органів і зовнішній вигляд людини в цілому, але і забезпечує нормальне їх функціонування. * Як універсальний розчинник - вода розчиняє поживні речовини для їх проникнення в клітину, бере участь у хімічних процесах при травленні, а також вимиває продукти життєдіяльності і виходить з організму через нирки і шкіру, несучи з собою шкідливі речовини. * Вода проявляє і теплорегулюючі властивості - підтримує необхідну температуру тіла. *Транспортна функція води здійснюється завдяки її високому поверхневого натягу.

Твердість води Твердість води визначається наявністю в ній розчинних солей, в основному сульфатів і бікарбонатів кальцію, магнію, заліза. Твердість води виражають в градусах. Один градус твердості відповідає 0.337 мг-екв/л, що в перерахунку на СаО і MgO складає 10 і 7.2мг/л відповідно. Твердість води, обумовлена гідрокарбонатами Са(ІІ), Mg(II), Fe(II), називається тимчасовою твердістю. Тимчасова твердість усувається кип’ятінням: гідрокарбонати перетворюються в середні карбонати: Ме(НСО3)2 МеСО3 + СО2 + Н2О і випадають в осад. В результаті цього вміст солей у воді знижується. Якщо підвищити рН води, добавивши лужний реагент (Na2CO3 або Ca(OH)2) спостерігається той же ефект.

Постійну твердість води не можливо усунути простим кип’ятінням води; вона обумовлена присутністю відносно добре розчинних сульфатів, силікатів, хлоридів, які не руйнуються при кип’ятінні. Для усунення постійної твердості води розроблені різні методи, наприклад: СaSO4 + Na2CO3 CaCO3 + Na2SO4.

Дайте будь-ласка відповіді на дані запитання: 1. Які елементи називаються біогенними? 2. Які хімічні елементи належать до s-, p-, d-елементів? 3. Яка біологічна роль йоду в організмі? 4. Яка біологічна роль заліза в організмі? 5. У чому полягає різниця між тимчасовою і постійною твердістю води? Ваші відповіді присилайте на даний e-mail: Natashenka-Burmas@rambler.ru