Общая характеристика щелочноземельных металлов Макроэлементы Mg и

Общая характеристика щелочноземельных металлов • Макроэлементы: Mg и Ca • Микроэлементы: Be, Sr и Ba • Жизненно необходимые элементы: Mg и Ca • Примесные (аккумулирующиеся): Be, Sr и Ba 1

Бериллий Обмен Be • Содержание Be в организме – 36 мкг • С пищей и жидкостями поступает 12 мкг/сут • С воздухом выделяется < 0, 01 мкг/сут • Основное количество Be выделяется с мочой: 1 мкг/сут • С фекалиями - 10 мкг/сут • Другими путями - 1 мкг/сут 2

Токсичность Be 2+ • Способность Be 2+ образовывать более прочные комплексы по сравнению с Mg 2+ с кислородосодержащими лигандами, фторидами – Be 2+ подавляет активность ферментов – высокопрочные комплексы Be с фосфатами хорошо растворимы – возникает заболевание «бериллиевый рахит» • Mg и Be – антагонисты, т. е. добавление одного элемента приводит к вытеснению другого (при отравлении солями Be вводят избыток солей Mg) 3

Магний Обмен Mg • В организме взрослого человека содержится 21 -28 г Mg • Mg – основной внутриклеточный ион • Значительная доля Mg поступает с растительной пищей (в хлорофилле содержится около 2% Mg) • В организм взрослого человека поступает 0, 16 -0, 41 г/сут Mg • Из ЖКТ всасывается в кровь 0, 3 г поступающего Mg • Благоприятно влияет на всасывание Mg молоко и казеин • С мочой выделяется 30% поступающего Mg • С калом – 15 -25% поступающего Mg • Остальное количество – с потом и волосами 4

Распределение Mg В плазме крови 17 -28 мг/л В печени и поперечнополосатых мышцах В почках 10 ммоль/л 8, 5 ммоль/л В головном мозге 6, 5 ммоль/л В эритроцитах 3 ммоль/л 5

Роль Mg в организме • Является одним из важнейших активаторов многих ферментативных процессов • В митохондриях клеток Mg 2+ активируют процессы окислительного фосфорилирования • Ионы Mg 2+, в противоположность Ca 2+, снижают возбудимость нервных окончаний 6

Кальций Содержание в природе и в организме • На долю Ca приходится 3, 6% массы земной коры • Соли кальция содержатся в молоке и молочных продуктах • В организме взрослого человека содержание Ca – 20 г на 1 кг массы тела • Основная часть Ca (90%) – в костной и хрящевой тканях 7

Обмен Ca • Поступление Ca с пищей и жидкостями составляет 0, 9 – 1, 1 г/сут • Всасывание из пищи в кровь: 0, 12 -0, 7 (в среднем 0, 3 г) • На всасывание Ca влияют витамин D ( ), лактоза( ), белки( ), жиры ( ) • Из общего количества усвоенного Ca 2% всасывается в желудке, 15% - в 12 -перстной кишке, 23% в тощей и 60% в подвздошной • С мочой и калом выделяется 0, 18 и 0, 74 г/сут • С потом – 32 мг/сут 8

Распределение Ca • Общая концентрация в сыворотке крови 2, 48 0, 29 ммоль/л В костной ткани > 1000 г В мягких тканях 14 В крови 0, 31 В легких 0, 087 В мышцах 0, 87 В печени 0, 09 В почках 0, 029 В головном мозге 0, 12 В коже 0, 41 9

Роль Ca в организме • • • Передача нервного возбуждения Сокращение мышц Поддержание целостности клеточным мембран Образование неорганической фракции костной ткани Уменьшение проницаемости мембран и снижение способности тканевых коллоидов связывать воду • Участие во всех стадиях свертывания крови • Активация ферментов: актомиозин-АТФаза, лецетиназа, сукцинатдегидрогеназа • Стабилизация трипсина поджелудочной железы 10

Ca-содержащий минерал • Гидроксилапатит Ca 10(PO 4)6(OH)2 – основное вещество костной и зубной тканей • В среднем взрослый человек должен потреблять 1 г Ca, хотя потребность в кальции составляет только 0, 5 г • Ca, вводимый с пищей, только на 50% всасывается в кишечнике 11

Стронций Обмен Sr • Способен накапливаться, его содержание может достигать 2· 10 -3% • Уровень поступления: 1, 3 -2, 2 мг/сут • Соединения Sr хорошо всасываются из ЖКТ • С возрастом всасывание Sr • С мочой выделяется 0, 24 -044 мг/сут • C калом – 0, 59 -2, 97 мг/сут • С потом – 0, 02 мг/сут • С волосами: < 0, 2 мкг/сут 12

Влияние избытка Sr на организм • Sr по физико-химическим характеристикам сходен с Ca, может замещать его ионы в костной ткани • В результате замещения возникает «стронциевый» рахит – повышенная ломкость костей 13

Барий Обмен Ba • Во всем организме: 22 мг (из них в скелете 20 мг) • В незначительных количествах – во всех оболочках и средах глаза (особенно важен для функции сетчатки) • С пищей и жидкостями поступает 0, 75 мг/сут • C водой поступает 82 мкг/сут • С воздухом поступает 0, 09 -26 vru • Всасывание в ЖКТ: 0, 06% • Выведение с калом в 14 раз больше, чем с мочой 14

Токсичность Ba 2+ для организма • Ba по физико-химическим характеристикам сходен с Ca • Образует очень прочный и малорастворимый Ba 3(PO 4)2 в костной ткани, нервных клетках и мозговом веществе 15

Химия биогенных элементов d -блока 16

Общая характеристика элементов d-блока • Заполнение d-орбитали: от 1 до 10 электронов • Для образования химической связи используют электроны не только внешнего, но и предпоследнего энергетического уровня, а также свободные d-орбитали • В организме d-элементы представлены как микроэлементы; существуют в виде ионов и комплексных соединений • К «металлам жизни» относятся: Zn, Cu, Fe, Mn, Co, Mo 17

• Все d-элементы – микроэлементы • Жизненно необходимые элементы Mg, Mn, Cu, Co, Fe, Zn, Ni • Примесные элементы Sc, Tl, In, La, Pr, Sm, W, Re, Tb 18

Степени окисления d-элементов в организме • Низшая – обусловливает основные и восстановительные свойства (катионная форма d-элементов) • Промежуточная степень окисления – амфотерные свойства • Высшая степень окисления – кислотные и окислительные свойства 19

Комплексообразующая двойственная способность d-элементов • Лиганд – донор e-, металл – акцептор е[Cr(OH)6]3 • Лиганд – акцептор е- (имеет свободные dорбитали), а металл – донор e[Cd. Cl 4]2 • «Двойственные» возможности dэлементов обусловливают высокие комплексообразующие способности, более высокие, чем у s- и p-элементов 20

Понятие о биокластерах • Биокластеры – бионеорганические комплексы d-элементов с белковыми молекулами – Внутри биокластера находится полость. В нее входит металл, который взаимодействует с донорными атомами связывающих групп: –ОН, –SH, –СОО-, -NH 2 белков, аминокислот 21

Схема биокластера 22

Группы биокластеров • Транспортные – доставляют организму кислород и биометаллы (биокомплексы миоглобин и ферритин, содержащие Fe) • Аккумуляторы (накопители) • Биокатализаторы инертных процессов 23

Железо Содержание в организме • В организме взрослого человека содержится в среднем 4 -5 г Fe: – 70% - в составе гемоглобина – 5 -10% - в составе миоглобина – 20 -25% - резервное Fe (в связанной форме с белками, которые его переносят) – 0, 1% - в плазме крови • Суточная потребность в ионах Fe: 10 -30 мг • При недостатке Fe – железодефицитная анемия 24

Обмен Fe • Поступление с пищей в сутки составляет 13 (9 -20) мг • У взрослых людей всасывание Fe колеблется от 3% до 5 -10% в зависимости от рациона • Выводится с калом, мочой, с клетками эпидермиса, волосами, ногтями и потом • Количество Fe в кале практически равно содержанию его в пищевом рационе 25

Роль Fe • Входит в состав дыхательных ферментов (цитохромы) • Участвует в процессах связывания и переноса О 2 к тканям • Стимулирует функцию кроветворных органов • Применяется в качестве лекарственного средства при анемиях и других патологических состояниях 26

Важнейшие продукты, содержащие Fe • Основной источник – продукты животного происхождения Продукты Телятина Рыба Растения Фасоль Чернослив (сушеный) Печень говяжья Мясо (говядина) 12, 4 мг / 100 г 15, 0 9, 4 2, 6 -2, 8 Судак 0, 4 % усвояемого Fe 20% 1 -6% 27

Cтроение гема • Гемоглобин – сложный по составу белок, содержащий небелковую (простетическую) группу – гем • Простетическая группа – бионеорганический комплекс Fe (II) с полициклическим органическим веществом – порфирином • Гем имеет плоскостное строение 28

Гем-содержащие белки HHb. O 2 29

Соединения гемоглобина • Оксигемоглобин – с O 2 [Hb. Fe 2+] + O 2 = [Hb. Fe 2+· O 2] • Карбоксигемоглобин – с CO [Hb. Fe 2+] + CO = [Hb. Fe 2+· CO] • Карбаминогемоглобин – с CO 2 [Hb. Fe 2+] + CO 2 = [Hb. Fe 2+· CO 2] • Метгемоглобин – при отравлении окидами азота и др. его соединениями Hb. OH 30

Элементы, способствующие кроветворению • Никель и кобальт – принимают участие в процессе кроветворения • Медь участвует в кроветворении Дефицит меди в организме приводит к разрушению эритроцитов • В процессе кроветворения синергистами являются Mn, Co, Zn, Ni, Fe, Cu. 31

Кобальт Содержание в организме • Содержание в организме 1 -1, 5 мг • Суточная потребность примерно 40 -70 мкг • Накапливается в печени, почках, лимфатических узлах 32

Обмен Co • Суточное поступление – с пищей и жидкостями: 300 мкг – с воздухом < 0, 1 мкг • Всасывание из ЖКТ: 0, 2 -0, 95 • Выделяется с мочой, калом, потом и значительные количества теряются с волосами 33

Роль Co • Стимулирует процессы кроветворения • Способствует усвоению Fe • Активатор некоторых ферментативных реакций • Входит в состав цианкобаламина (витамина В 12) 34

Витамин B 12 • Переносчик метильных СН 3 -групп (реакции метилирования) • Участвует в реакциях переноса ионов водорода и сам при этом восстанавливается Со 3+ Со 2+ • Выполняя эти функции, кобальт влияет на углеводный, минеральный, белковый и жировой обмен, а также принимает участие в процессе кроветворения 35

Никель Содержание в организме • Содержание в организме человека 5 -10 мг • Суточная потребность взрослого человека: 0, 63 мг • Концентрируется в органах и тканях, богатых митохондриями: в печени, надпочечниках, поджелудочной, щитовидной железах 36

Обмен Ni • С водопроводной водой в организм поступает 14 мкг Ni в сутки • Поступление с пищей: 200 -600 мкг/сут • Всасывается в верхних отделах тонкого кишечника • Выводится главным образом с калом, а также с мочой 37

Роль Ni • Влияет на углеводный обмен • Является составной частью некоторых ферментов (например, аргиназы) • Присутствует в РНК • Препараты никеля проявляют гемопоэтический эффект, влияя на морфологический состав крови • Ni 2+ проявляют курареподобную активность 38

Марганец Содержание в организме • В организме взрослого человека содержится около 20 мг • Особенно много – в клетках, богатых митохондриями и меланином 39

Mn-содержащие продукты • Содержание в растительных пищевых продуктах: 8 -50 мг/кг – Свекла – Помидоры – Соя – Горох – Картофель • В продуктах животного происхождения – 0, 1 -2 мг/кг (кроме печени и почек) 40

Обмен Mn • Поступление – с пищей и жидкостями: 3, 7 мг/сут – с воздухом: 0, 002 мг/сут • Часто содержится в питьевой воде: 64 мкг/сут • Всасывается из пищи незначительно • Выделяется с калом, мочой, с потом, волосами и ногтями 41

Роль Mn • Необходим для эритропоэза и образования гемоглобина, стимулирует синтез холестерина и жирных кислот • Оказывает влияние на процессы размножения и клеточного деления • Влияет на антителогенез, ускоряя образование антител • КМn. O 4 применяется наружно как антисептическое средство в виде водных растворов различной концентрации, а также для промывания желудка при отравлениях 42

Mn-содержащие ферменты • Аргиназа – катализирует превращение аргенина • Холинэстераза – участвует в процессе свертывания крови • Фосфоглюкомутаза – участвует в углеводном обмене на стадии распада гликогена 43

Медь Содержание в организме • В организме взрослого человека содержится 100 -150 мг – Мышцы и кости: 50% – Печень: 10% – Большое количество содержат мозг, сердце и почки • У здоровых людей концентрация Cu в крови постоянна и увеличивается только при беременности и стрессе 44

Обмен Cu • Поступление: – с пищей и жидкостями: 0, 7 -5 мг/сут (в среднем 3, 5) – с воздухом: 0, 02 мг/сут • В кровь из ЖКТ всасывается 0, 5 мг (усваивается не более 30% поступившей Cu) • Выводится с калом, с мочой, с потом, волосами и ногтями, менструациями 45

Роль Cu • Незаменимый микроэлемент • Важная составная часть маталлопротеидов, регулирующих окислительно-восстановительные процессы клеточного дыхания • Входя в состав гормонов, влияет на рост, развитие, воспроизведение, обмен, процессы гемоглобинобразования, фагоцитарную активность лейкоцитов 46

• Является компонентом аскорбинооксидазы, катализирующей окисление аскорбиновой кислоты • Выявлена взаимная корреляция между Cu и витаминами А и С, никотиновой кислотой, витаминами Е и Р • В местностях с недостатком Cu – анемия, «лизуха» и экзотическая атаксия ягнят 47

Cu-содержащие ферменты • Оксигеназы и гидроксилазы – катализируют взаимодействие кислорода с субстратом • Цитохромоксидаза (ЦХО) – катализирует завершающий этап тканевого дыхания • Церулоплазмин (ЦП) – участвует в окислении железа, катализирует восстановление кислорода 48

Цинк Содержание в организме • Общее содержание в организме: 10 -3% • Больше всего – в сетчатой оболочке глаза, предстательной железе, сперме, молочных железах, печени и мышцах • Суточная потребность: 10 -15 мг, увеличивается в период роста, полового созревания организма и во время беременности 49

Обмен Zn • Поступление: – с пищей и жидкостями: 13 мг/сут – с воздухом < 0, 1 мг/сут • Суточное поступление с питьевой водой: 0, 5 -1 мг • Выделяется с фекалиями, мочой, потом, волосами и ногтями, менструациями 50

Роль Zn • Входит в состав ряда важнейших ферментов, участвует в обмене нуклеиновых кислот и синтезе белков • Участвует в кроветворении, размножении, входит в состав инсулина • Недостаток – карликовость и гипогонадизм (задержка роста и полового созревания), анемия 51

Молибден Содержание в организме • Содержание в организме взрослого человека около 9 мг • Обнаруживается во всех органах млекопитающих, особенно печень и почки • В целом характерно равномерное распределение в организме и отсутствие способности к специфическому накоплению в органах 52

Обмен Mo • Поступление: – с пищей и жидкостями: 0, 3 мг/сут • Выводится в основном с мочой, а также с калом, с потом и незначительно с волосами 53

Роль Mo • Биомикроэлемент, входит в состав ферментов, принимающих участие в обмене азота, а также ферментов флавиновой группы • Оказывает влияние на обмен меди • Избыток в пище приводит к подагре и молибденозу • Длительное потребление избыточных количеств приводит к нарущению P-Ca обмена, деформации костей, слабости конечностей 54

Mo-содержащие ферменты • Карбоангидраза – катализирует процесс обратимой гидратации СО. 2 в живых организмах • Ксантиноксидаза (КОКС) – катализирует окисление ксантина кислородом в мочевую кислоту 55

Токсичность • Растворимые соединения Zn, Cd и Hg оказывают раздражающее действие на кожу • Вызывают нарушение фосфорно-кальциевого обмена (патологические изменения в костной ткани) • Вызывают нарушение белкового обмена (выведение белков плазмы крови через почки – протеинурия) При взаимодействии с SH-группами образуются нерастворимые соединения, что приводит к подавлению активности ферментов и свертыванию белков • Наиболее токсичны растворимые в липидах формы (легко проникают через мембрану в клетку) 56

Конец лекции 57