Что такое биогенные металлы

Обновлено: 06.01.2025

К числу биогенных элементов относится ряд металлов, среди которых особенно важные биологические функции выполняют 10 так называемых «металлов жизни». Этими металлами являются кальций, калий, натрий, магний, железо, цинк, медь, марганец, молибден, кобальт (см. таблицу 2).

Кроме 10 «металлов жизни» к числу биогенных элементов относят еще несколько металлов, например, олово, литий, хром и некоторые другие.

Таблица 2. Содержание «металлов жизни» в организме человека

Массовая доля (в %)

Масса (в г / 70 кг)

В зависимости от массовой доли в организме все биогенные элементы делятся на:

а) макроэлементы (массовая доля в организме больше 10 -2 %, или больше 7г);

б) микроэлементы (массовая доля в организме меньше 10 -2 %, или меньше 7г).

К макроэлементам относятся все органогены, хлор и 4 «металла жизни»: магний, калий, кальций, натрий. Они составляют 99,5%, причем более 96% приходится на 4 элемента (углерод, кислород, водород, азот). Они являются главными компонентами всех органических соединений.

Микроэлементы содержатся в клетках в очень малых количествах. К ним относятся цинк, марганец, медь, йод, фтор и другие. Но даже те элементы, которые содержатся в ничтожно малых количествах, необходимы для жизни и ничем не могут быть заменены. Биологическая роль и функции, которые выполняют эти элементы в организме человека, очень разнообразны, а их недостаток или избыток может привести к серьезным заболеваниям (см. приложения Б и Г). [4, с. 21] Достаточно сказать, что около 200 ферментов активизируются металлами. Всего в организме человека выявлено около 70 минеральных веществ, из них 14 микроэлементов считаются незаменимыми - это железо, кобальт, медь, хром, никель, марганец, молибден, цинк, йод, олово, фтор, кремний, ванадий, селен. Многие микроэлементы поступают в организм почти исключительно за счёт плодовоовощного питания. Дикорастущие съедобные растения также богаты микроэлементами, которые, будучи извлечены из глубинных слоёв, накапливаются в листьях, цветах, плодах.

Делись добром ;)

Металлы-биогены

Все живые организмы на Земле, в том числе и человек, находятся в тесном контакте с окружающей средой. Пищевые продукты и питьевая вода способствуют поступлению в организм практически всех химических элементов, часть из которых – металлы–биогены. Количество биогенных металлов и их соотношение в здоровом организме различных людей примерно одинаковы. Экспериментально установлено, что в организме человека металлы составляют около 3% (по массе).

В живом организме не только присутствуют металлы, но и каждый из них выполняет какую–то биологическую функцию. На данном этапе развития цивилизации выявляется биологическая роль всё большего числа биогенных металлов. Изучает химический состав и структуру металлов–биогенов, содержащихся в живых организмах, пути и способы регуляции их метаболизма, а также энергетическое обеспечение процессов, происходящих в клетке и организме, наука биохимия.

В настоящее время мы являемся свидетелями техногенного биохимического процесса необыкновенного масштаба, когда во всевозрастающих количествах металлы выбрасываются в атмосферу, поступают в природные воды, в почву, в организм человека и в другие живые организмы. Повышенная заболеваемость детей и взрослых строго приурочена к загрязнению мест проживания. В настоящее время в Свердловской области выявлено более 40 тыс. га загрязнённых земель. Зоны влияния промышленных предприятий на окружающую среду достигают 20 км. Например, почвы Кировграда содержат меди и цинка в сотни, а в некоторых местах в тысячи раз выше допустимых уровней. В городе Красноуральске концентрация меди, цинка, свинца в почве превышает ПДК (предельно допустимую концентрацию). Заболеваемость детей, проживающих вокруг медеплавильных и алюминиевых производств, в 1,5–2,0 раза выше по сравнению с городами, где таких производств нет. Но при избытке или недостатке определённого металла–биогена в организме могут возникать различные патологии.

Я считаю, что тема моего проекта «Металлы–биогены» актуальна, так как наше с вами будущее зависит от нашего здоровья, которое находится в руках биогенных металлов.

Цель проекта – изучить металлы, входящие в состав живых организмов и их значение в процессах жизнедеятельности; выяснить, какое влияние оказывает избыток или недостаток биогенных металлов для организмов; развить практические навыки к самостоятельной постановке химического эксперимента, а также овладеть начальными знаниями техники и методики научного исследования.

Для того чтобы осуществить данную цель, я ставлю перед собой следующие задачи:

1. Собрать и систематизировать информацию о биогенных металлах.

2. Изучить содержание металлов, входящих в живые организмы.

3. Сформировать представление о биологической роли металлов для живых организмов.

4. Овладеть простейшими приёмами химического анализа на катионы металлов.

Результатом моего проекта будут являться презентация «Металлы–биогены», буклет «Металлы жизни» и пособие по химии и биологии «Роль металлов в организме человека».

Металлы–биогены

Металлы–биогены или биогенные металлы – это металлы, постоянно входящие в состав организмов и имеющие определённое биологическое значение.

О том, что в организме содержатся металлы, науке было известно давно. Но их исключительное значение для живой природы открылось не сразу. Сегодня твёрдо установлено, что для живых существ необходимы, по крайней мере, 10 металлов. Это железо, медь, магний, кобальт, цинк, марганец, молибден, натрий, калий и кальций. Их называют металлами жизни. Эти элементы входят в состав всех живых организмов и играют большую роль в процессах жизнедеятельности. Содержание большинства из них в организме ничтожно. Но отсутствие хотя бы малого количества любого такого микроэлемента приводит к недугам.

Успехи аналитической химии и спектрального анализа расширили перечень биогенных металлов: находят всё новые металлы, входящие в состав организмов в малых количествах (микроэлементы), и открывают биологическую роль многих из них. В. И. Вернадский считал, что все химические элементы, постоянно присутствующие в клетках и тканях организмов в естественных условиях, вероятно, играют определённую физиологическую роль. Многие металлы имеют большое значение только для определённых групп живых существ. Содержание тех или иных металлов в организмах зависит не только от их видовых особенностей, но и от состава среды, пищи (в частности, для растений – от концентрации и растворимости тех или иных почвенных солей), экологических особенностей организма и других факторов.

При нарушении поступления в организм того или иного биогенного элемента возникают заболевания – биогеохимические эндемии.

Содержание металлов в организмах, в мг на 100г сухого вещества

Химический Растения Животные Бактерии элемент морские наземные морские наземные

Металлы - биогены

Цель проекта:
изучить металлы, входящие в состав живых организмов и их значение в процессах жизнедеятельности;
выяснить, какое влияние оказывает избыток или недостаток биогенных металлов для организмов;
развить практические навыки к самостоятельной постановке химического эксперимента;
овладеть начальными знаниями техники и методики научного исследования.
Задачи проекта:
Собрать и систематизировать информацию о биогенных металлах;

Изучить содержание металлов, входящих в живые организмы;

Сформировать представление о биологической роли металлов для живых организмов;

Овладеть простейшими приёмами химического анализа на катионы металлов.

Металлы – биогены
Это металлы, постоянно входящие в состав живых организмов (растений, животных, человека) и имеющие определённое биологическое значение. Прежде всего, это Са, К, Мg, Na, Fe.
Ca
Na
Fe
K
Cu
Cr
Mg
Mo
Zn
Наше здоровье находится в руках биогенных металлов!

Металлы в растительных организмах
МАГНИЙ – входит в состав хлорофилла
ЖЕЛЕЗО – участвует в фотосинтезе, его активно аккумулируют сине-зеленые водоросли, тростник и хвощ. Чем больше окрашены растения, тем больше в них железа.
МЕДЬ – повышает действие ферментов, ускоряет окислительно-восстановительные реакции.
Металлы в животных организмах
Растущий организм животного нуждается в
усиленной доставке с пищей солей кальция.
Железо входит в состав крови, а точнее в состав
гемоглобина. Если отнять железо у животных,
они потеряют свои краски.
Не у всех кровь красная:
у некоторых червей зелёная,
у большинства моллюсков и ракообразных голубая, т. к. у них в крови с кислородом соединяется не Fe, а Cu.

Определение содержания катионов железа (Fe 3+) в воде
Наливаю 50мл воды
Выпариваю её до половины объема и охлаждаю её
Готовлю сульфосалициловую кислоту:
1. Взвесила 20 г
2. Растворила в дистиллированной воде
Развела аммиак в воде 1 : 1
В охлаждённую воду добавила по 1 мл каждого химического реактива
Образовался раствор со слабо жёлтым оттенком.
ВЫВОД: ионы железа входят в состав воды.
Экспериментальная часть
методика 1
методика 2
К 5 – 10 мл исследуемой воды добавляю на кончике шпателя гидросульфат калия и столько же роданида калия. Наблюдаю желто –красное окрашивание раствора. Примерное содержание железа (III) определяю по таблице.

Определение содержания железа (III) в яблочном свежевыжатом и консервированном соке
1. Беру навеску 20 г свежевыжатого и 20 г концентрированного сока в фарфоровых чашках;
2. Выжигаю их в муфельной печи при температуре 450º 10 – 15 ч ;
3. После этого чашки вынимаю и обрабатываю соляной кислотой 1: 1;
4. Снова помещаю чашки в печь при температуре 300º на 30 мин до белой золы;
5. Растворяю золу в 1 мл азотной кислоты;
6. К полученному раствору приливаю дистиллированную воду, доводя объём до 50 мл;
7. Провожу атомную адсорбцию с помощью прибора квантАФА. Для этого исследуемый раствор помещаю в этот прибор;
8. На компьютере появляются количественные результаты исследования.
Прибор показывает, что в свежевыжатом соке концентрация железа 0,003 мг/кг, а в концентрированном соке железа нет (там находятся заменители железа).
ВЫВОД: Концентрация железа (Fe3+) в свежевыжатом соке очень мала, а в концентрированном оно не обнаружилось.

Определение содержания катионов железа (Fe 2+) в домашнем яблочном соке
Для начала я отфильтрую сок с помощью фильтровальной бумаги. К 5 – 10 мл полученного сока добавляю на кончике шпателя гидросульфат калия и столько же роданида калия.
Произошло изменение цвета до красного.

ВЫВОД: домашний сок имеет в своём составе катионы железа (Fe3+).

Определение содержания катионов кальция (Са 2+) в воде
К небольшой пробе водопроводной воды приливаю сульфат аммония и осадок отфильтровываю.
В фильтрат добавляю небольшое количество спирта.
Выпадает белый осадок сульфата кальция.
ВЫВОД: водопроводная вода содержит в своём составе катионы кальция (Са 2+).

Рабочие листы и материалы для учителей и воспитателей

Более 3 000 дидактических материалов для школьного и домашнего обучения

Что такое биогенные металлы

Примечательным является тот факт, что ряд элементов, являясь тяжелыми (в том числе и токсичными) металлами, одновременно выполняют и биофильные функции. Учитывая современную экологическую обстановку в мире, чаще всего поднимается вопрос загрязнения окружающей среды. Касательно металлических загрязнений существует несколько точек зрения. Согласно одной их них, все металлы периодической системы делят на две группы: металлы, как незаменимые факторы питания (эссенциальные макро- и микроэлементы); неэссенциальные или необязательные для жизнедеятельности металлы; токсичные металлы. Согласно другой точке зрения, все металлы необходимы для жизнедеятельности, но в определенных количествах. Обзор с научной точки зрения сложившейся проблемы представляется актуальной и насущной задачей современной химии. В данной статье рассмотрены актуальные вопросы классификации и биологического действия металлов, их ионов и соединений. Проанализированы и обобщены современные аспекты данного вопроса, в доступной форме объяснены основные понятии и термины касательно биогенных элементов. На примере d-металлов периодической системы элементов Д.И. Менделеева подробно рассмотрены существующие классификации, биологическая роль и значимость биогенных металлов. Обоснованы взаимосвязь между электронным строением элементов и их биофильностью.

1. Williams R.J.P. The fundamental nature of life as a chemical system: the part played by inorganic elements. Journal of Inorganic Biochemistry. 2002. vol. 88. no. 3-4. P. 241–250. DOI: 10.1016/s0162-0134(01)00350-6

2. Киселев Ю.М. Химия координационных соединений в 2 ч. Часть 1.: учебник и практикум для вузов. М.: Юрайт, 2020. 439 с.

3. Улахович Н.А., Медянцева Э.П., Бабкина С.С., Кутырева М.П., Гатаулина А.Р. Металлы в живых организмах. Казань: Казанский университет, 2012. 210 с.

4. Finney L.A., O’Halloran T.V. Transition metal speciation in the cell: insights from the chemistry of metal ion receptors. Science. 2003. vol. 300. no. 5621. P. 931–936. DOI: 10.1126/science.1085049

5. Бертини И., Грей Г., Стифель Э., Валентине Дж. Биологическая неорганическая химия. М.: Лаборатория знаний, 2021. 506 с.

7. Газетдинов Р.Р., Булатова Е.А. Определение микроэлементов в объектах окружающей среды // Академическая публицистика. 2021. № 6. С. 25-28.

8. Афиногенов Ю.П., Бусыгина И.А., Гончаров Е.Г. Биогенные элементы и их физиологическая роль. Воронеж: ВГУ, 2018. 143 с.

В настоящее время есть множество определений общего понятия биогенности. Для начала рассмотрим термин биогенность химических элементов.

Биогенность химических элементов - это свойства элементов, которые необходимы организму человека для построения и нормального функционирования всех органов и клеток. Следуя из понятия биогенность химических элементов можно дать определение биогенности металлов.

Биогенность металлов - это свойства металлов, которые изначально заложены в них природой и воздействуют на организм человека положительно или негативно, вызывая в результате различные заболевания или улучшения состояния организма в целом. [1]

Биогенные элементы подразделяются на разные категории в зависимости от типа их классификации:

1) макро-, микро-, ультрамикроэлементы;

2) жизненнонеобходимые и примесные элементы;

3) s-элементы, p-элементы, d элементы и f-элементы.

Содержание биогенных химических элементов определяется влиянием и распределением в организме самих химических элементов, а также зависит от условий среды организма.

Химическая классификация биогенных элементов основана на принципе периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева. Физические, химические и биологические свойства биогенных элементов зависит от их позиции в периодической системе химических элементов.

Таблица 1 - Биогенные металлы в периодической системе Менделеева Д.И

Эти 30 химических элементов можно поделить типу валентных оболочек на 4 группы:

s-элементы. К этой группе в основном относятся химические элементы, которые необходимы для организма человека, а некоторые являются жизненно важными элементами (незаменимыми). Примерам таких элементов являются калий, кальций, магний, натрий, литий.

p-элементы. В целом это элементы, которые содержатся в организме человека постоянно, и они необходимы для нормальной жизнедеятельности и функциональности всех систем организма. Примерами таких элементов являются йод, алюминий, кремний, германий, мышьяк, селен, бром, бор, углерод, азот, фтор, фосфор, сера, хлор.

d-элементы. Среди них есть химические элементы, которые являются жизненно необходимыми для организма человека, например: марганец, железо, цинк, медь, кобальт. Некоторые d-элементы не проявляют положительного влияния, но эти элементы участвуют в биохимических процессах организма. Примером такого элемента является молибден.

f-элементы. Это химические элементы, содержащиеся в живых организмах очень маленьких количествах и факт наличия многих из их них не установлен. Эти элементы являются токсичными, поэтому попадание их в организм может привести к неблагоприятным последствиям.

Рассмотрим отдельно понятие биогенности на примере d-элементов. К d-металлам относятся 32 элемента периодической системы, которые находятся с 4 по 7 больших периодов. Характерной особенностью этих химических элементов является неравномерное медленное возрастание атомного радиуса с увеличением числа электронов. Схожие химические свойства обусловлены тем, что d-элементы способны образовывать различные комплексные соединения с разнообразными лигандами. [2]

Самым важным свойством для d-элементов является переменная валентность, которая обуславливает разнообразие степеней окисления. Эта черта элементов связана с незавершенностью d-электронного уровня. В связи с этим свойством, такие элементы называются переходными. Существование d-элементов в разных степенях окисления обеспечивает им большой спектр окислительно-восстановительных свойств. Вследствие этого многие элементы этих периодов проявляют свойства металлов, из-за чего они обладают наибольшей биологической активностью, способствуют равномерному протеканию биохимических реакций, и большинство d-элементов являются жизненно необходимыми. [3]

Примерно 1/3 всех микроэлементов, которые содержатся в организме человека, приходится на d-элементы. В организме они находятся в виде комплексных соединений или ионов. В свободном виде эти металлы в организме не обнаружены. [4]

В биохимических реакциях d-элементы проявляют себя как металлы-комплексообразователи с низкой степенью окисления. Они образуют металлоферменты, биоорганические комплексы, белковые комплексы. [5]

Рассмотрим характеристики групп химических элементов:

1. Элементы группы IБ. В группе IБ (также эту группу называют группой меди) расположены переходные металлы Cu, Ag, Au, для которых характерен такой феномен как «проскок» или «провал» электронов. Данное явление характеризуется тем, что один из двух свободных s-электронов переходит на d-подуровень, что показывает неравномерность распределения внешних электронов. Вследствие этого явления металлы этой группы могут формировать соединения, где степень окисления будет +1, +2, +3. Поэтому для меди наиболее характерны степени окисления +1, +2, для серебра - +1, для золота - +1 и +3. Кроме этого, эти металлы располагаются в электрохимическом ряду после водорода, так как они имеют слабые свойства к восстановлению. В природе медь, серебро и золото встречаются в виде самородков.

Также, химические элементы этой группы участвуют в биологических процессах. Например, медь может соединяться со сложными белками, образовывая окислительно-восстановительные ферменты.

Модель сайта Cu(II) в аминоксидазах.

Серебро может взаимодействовать с белками и аминокислотами, образуя нерастворимые комплексы. Золото может формировать неустойчивые соединения, и поэтому они распадаются в тканях живого организма.

Биологическое значение элементов данной группы уменьшается в следующей последовательности Cu – Ag – Au

2. Элементы группы IIБ. В этой группе находятся Zn, Cd, Hg. У данных элементов этой группы десятый предпоследний электронный слой заполнен, поэтому неспаренных (валентных) электронов нет, что является фактором постоянства степени окисления и определяет особенности химических свойств элементов. Все d элементы IIБ-группы имеют устойчивую степень окисления +2. Однако в данном случае есть исключение: ртуть, образуя координационные димеры, имеет степень окисления +1, и так как ртуть стоит в данной группе в ряду электроотрицательности на последнем месте, что способствует возрастанию неметаллических свойств. Также, металлы этой группы представляют собой амфотерные элементы, то есть они проявляют как основные, так и кислотные свойства, что является их особенностью и влияет на химические процессы. К тому же, данные химические элементы могут создавать соединения как с ионными, так и с ковалентными химическими связями. Являются хорошими комплексообразователями.

Метилтрасферазы, R = HCys, CoM.

В свою очередь, эти элементы токсичны. Их токсичность убывает в следующей последовательности элементов Zn < Cd < Hg. Кадмий и ртуть также входят в число самых токсичных элементов. [6]

3. Элементы группы IVБ. К группе IVБ относят такие металлы как Ti, Zr, Hf. Эти металлы являются ультрамикроэлементами, то есть в организме человека содержатся в очень малых количествах.

Общее свойство элементов этой группы характеризуется тем, что они способны образовывать координационные соединения, которые представляют собой слабые токсичные образования. Токсичность соединений элементов определяет предельно допустимая концентрация простых веществ, мг/м3: Ti – 10, Zr – 6, Hf – 0,5. Также соединения этих металлов плохо растворяются в воде, что определяет маленькую вероятность опасности в экологическом плане. [7]

4. Элементы группы VБ. В эту группу входят такие следующие химические элементы: V, Nb, Ta. Поверхность этих металлов покрывает оксидная пленка, которая определяет биологическую инактивность элементов в простом металлическом состоянии, благодаря чему их могут использовать в медицине, а именно в хирургии. Например, тантал применяют в хирургическом деле, чтобы соединить сломанные участки костей.

Степени окисления данных элементов наиболее часто равны +4, +5, поэтому они могут принимать участие в окислительно-восстановительных реакциях в биохимических процессах.

5. Элементы группы VIБ. В этой группе присутствуют Cr, Mo, W. Для этих элементов, в основном, в различных соединениях характерна степень окисления +6, но также для них свойственен большой размах степеней окисления от +2 до +6, так как они являются переходными металлами. Хром, молибден и вольфрам в природе в виде самородков встречаются очень редко. Их применение распространяется на большинство разных сфер деятельность и производства (например, хирургия, стоматология, рентгенография, машиностроение и химическая промышленность), благодаря ценным химическим и физическим свойствам.

6. Элементы группы VIIБ. Группу VIIБ образовали такие элементы, как Mn, Tc, Re. Эти металлам присущи степени окисления от +2 до +6, из-за чего они могут показывать восстановительные свойства, но также могут проявлять и окислительные и кислотные свойства. Марганец и рений известны в природе в чистом виде. Однако рений находится в земной коре в очень малых количествах, поэтому он считается рассеянным или редким металлом. Технеций же синтезирован искусственно и в природе в чистом виде не встречается; технеций оказывает радиационное действие. [8]

7. Элементы группы VIIIБ. Данная группа содержит два семейства – семейство железа и семейство платины. Подавляющей биогенной активностью обладают элементы семейства железа.

К семейству железа относятся три металла – железо (Fe), кобальт (Co), никель (Ni). Для них характерны степени окисления +2, +3, +4, реже +8. Эти металлы могут образовывать разные соединения со степенью окисления +2, +3.

Из триады железа более активным металлом является железо, чем кобальт и никель. Они более устойчивы к атмосферной и водной коррозии. Металлы этого семейства хорошо реагируют с неметаллами, галогенами, но плохо растворимы в воде.

В основном, железо, кобальт, никель имеют важно промышленное значение, но также они важны и в организме человека. Примерам могут служить соединения крови. Например, в молекуле гемоглобина железо обуславливает кислородсвязывающую функцию и данное соединение отвечает за транспорт кислорода. Кобальт входит в состав ферментов и белков, наиболее известное соединение цианокобаламин.

Существуют разные систематизации биогенных элементов, содержащиеся в организме человека. Примерами являются классификация по В.И. Вернадскому, классификация по В.В. Ковальскому и классификация элементов по периодической системе Д.И. Менделеева. Рассмотрим классификацию по В.И. Вернадскому, который выделил элементы в зависимости от содержания их в организме человека. Согласно Вернадскому выделяются 3 группы:

Макроэлементы - это элементы, содержание которых превышает 10-2 %. К таким элементам относят кислород, азот, натрий, магний, хлор, серу и кальций.

Микроэлементы - это элементы, содержание которых находится в пределах 10-3 – 10-5 %. В этой группе находятся такие элементы, как медь, йод, мышьяк, фтор, бром, стронций, барий, кобальт.

Ультрамикроэлементы - это такие элементы, содержание которых составляет ниже 10-5 %. К таким элементам относят ртуть, золото, торий, уран, радий и другие. [9]

Металлы, без которых организм не может нормально функционировать называются жизненно необходимыми. Наиболее часто в список биофильных ионов металлов включают: Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Cr2+, Mo2+, Mn2+, Fe3+, Fe2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+. Эти элементы в основном поступают с пищей и водой, находясь в нем в различных формах.

Без жизненно необходимых элементов даже если организм обеспечен микробиофилами (С, О, Н, N, Р и тд.), не сможет нормально развиваться. С другой стороны, их высокая концентрация может угнетать и токсично действовать на растения, животные, в том числе и на человека.

Биологическая реакция живых организмов на действие биогенных металлов.

Биологическая реакция живых организмов на действие биогенных элементов соответствует закону, который сформулировал В. Шелфор в 1913 году для всех факторов окружающей среды. При увеличении дозы элемента происходит положительный биологический эффект. Далее этот эффект достигает максимума и начинает стремительно падать в сторону отрицательного эффекта, при котором элементы начинают токсично действовать на организм. Например, приемлемая концентрация ионов меди, который входит в состав ферментов составляет 19 мкМ. Если этот показатель превысит 39 мкМ, то можно наблюдать ослабление иммунитета, бессонницу, нарушение умственной деятельности вплоть до эпилепсии.

Невозможно не согласиться с академиком В.И. Вернадским, который написал: «Живое вещество охватывает и регулирует в области биосферы все или почти все химические элементы. Они все нужны для жизни и попадают в организм не случайно. Не особых, жизни свойственных, элементов. Есть главенствующие». [9]

1. Киселев Ю.М. Химия координационных соединений / Ю.М. Киселев, Н.А. Добрынина. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 352 с.

2. Биометаллоорганическая химия / Под ред. Ж. Жауэна. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. – 494 с.

3. Скопенко В.В. Координационная химия / В.В. Скопенко, А.Ю. Цивадзе, Л.И. Савранский, А.Д. Гарновский. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. – 487 с.

4. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. Учебник для медицинских вузов. / Ю.А. Ершов, В.А. Попков, А.С. Берлянд и др.; под ред. Ю.А. Ершова), 8 изд. – М.: Высшая школа, 2010. – 560 с.

Роль комплексных соединений в жизнедеятельности живых организмов огромна. Организм представляет систему, состоящую из множества комплексообразователей и лигандов, с определенным соотношением между ними. Нарушение баланса компонентов (металло-лигандного гомеостаза) приводит к развитию патологических состояний. Поэтому изучение процессов взаимодействия «металл–лиганд» является ключом к поиску новых лекарственных средств. В процессах обмена веществ фундаментальную роль играет биокатализ, в котором принимают участие металлоферменты, представляющие собой биокомплексы Fe, Co, Mn, Zn, Мо, Mg, Сu, Сr. Ферменты – уникальные катализаторы, обладающие непревзойденной эффективностью действия и высокой селективностью. Биокомплексы различаются по устойчивости. Одни из них настолько прочны, что постоянно находятся в организме и выполняют определенную функцию. Примерами таких соединений является хлорофилл, полифенилоксидаза, витамин В12, гемоглобин и некоторые металлоферменты (специфические ферменты). Роль металлов таких комплексов высокоспецифична: замена его даже на близкий по свойствам элемент приводит к значительной или полной утрате физиологической активности. Ферменты, синтезируемые на период выполнения определенной функции, в которой ион металла выполняет роль активатора и может быть заменен ионом другого металла без потери физиологической активности, относят к неспецифичным ферментам. В настоящее время известно и изучено около 700 различных ферментов, 25 % которых составляют металлоферменты.

Важнейшим классом бионеорганических комплексов металлов являются транспортные комплексы, в которых один или несколько атомов металла связаны с атомами азота, кислорода или серы белковых молекул, выступающие в роли полидентатных лигандов. Одним из основных переносчиков ионов металлов в человеческом организме является низкомолекулярный белок металлотионеин (Мr=6500), содержащий большое число цистеиновых фрагментов. Один моль металлотионеина способен перенести 7-12 моль таких жизненно необходимых элементов, как Zn, Cu и Se. При отравлениях тяжелыми металлами (Сd, Hg, Pb, Ag, As) данный белок выполняет защитную функцию, связывая их в прочные и относительно малотоксичные комплексы. Железосодержащий белок трансферрин выполняет преимущественно транспортные функции. Несмотря на сравнительно низкое содержание железа (2 моль ионов Fe3+ на одну молекулу белка), трансферриновые комплексы обеспечивают высокую скорость тканевого обмена данного элемента и являются важными переносчиками железа.

Изучение бионеорганических комплексов дает важную информацию об особенностях их метаболизма и позволяет разрабатывать эффективные способы коррекции заболеваний, связанных с недостатком (или, наоборот, с избытком) тех или иных элементов в человеческом организме.

Применение комплексных соединений в медицине и фармации связано также с их использованием в методах качественного и количественного анализа – в комплексонометрии. Широкое распространение получила комплексонометрия в медико-биологических исследованиях. Этот метод необходим для определения в живых организмах кальция, магния и многих микроэлементов. Комплексонометрия применяется в анализе лекарственного сырья, питьевых, минеральных и сточных вод. В биологии и медицине комплексоны используются не только в аналитических целях, но и в качестве стабилизаторов при хранении крови, так как комплексоны связывают ионы металлов, катализирующих реакции окисления. Комплексоны применяются также для выведения из организма ионов токсичных металлов (Рb2+, Cd2+ , Hg2+ и др.), радиоактивных изотопов и продуктов их распада.

Читайте также:

Что такое биогенные металлы

Делись добром ;)

Похожие главы из других работ:

2. Биогенные амины и алкалоиды как антиалиментарные факторы

1.1 Биогенные элементы - неметаллы, входящие в состав организма человека

Буферные системы человеческого организма

6. Содержание в различных тканях организма

1.3 Обеспечение организма витаминами

6.2 Материалы, содержащие редкие металлы

2.3 Ткани организма как коллоидные системы

2. Нанокомпозиты, содержащие металлы или полупроводники

6. Антиоксидантные системы организма

6. Антиоксидантная система организма, факторы клеточной защиты

4. Растворимость осадка малорастворимого соединения в водном растворе, содержащем в избытке ионы, не входящие в осадок

Значение сахаров для организма

2.5 Значение для организма при нарушении активности

2.1 Состав внутренней среды организма человека

1.2 Щелочные металлы в природе и их применение

Металлы-биогены

Металлы–биогены

Металлы - биогены

Что такое биогенные металлы