Металлы. Документ (15). Металлы биогены. Работу
 Скачать 57.51 Kb.
|
|
Натрий активно участвует в минеральном обмене в организмах животных, поддерживает нормальную возбудимость мышечных клеток. Недостаток этого металла у животных проявляется только при очень низком содержании его в пище (0,002%). Он сопровождается поражением глаз, нарушением роста, стерильностью. В биологических процессах, протекающих в организмах животных, большую роль играет кобальт. У животных он входит в состав гемоглобина крови, и фибрин крови является кобальтовым белком. Образование гемоглобина связано с наличием в печени витамина В12, который содержит в своём составе 4,5% кобальта. Этот металл усиливает образование крови: количество гемоглобина и эритроцитов крови животных увеличивается. Он также усиливает основной обмен и образование мышечных белков. Необходимый животным кобальт, содержит витамин В12, который образуется в желудочно–кишечном тракте животных, по–видимому, при участии микроорганизмов. Животное, получающее кобальт, менее восприимчиво к инфекционным заболеваниям. Продуктивность животных (удои молока, прирост живого веса) резко увеличивается. Медь оказывает большое влияние на кроветворение животных, а также влияет на тканевое дыхание. При недостатке её в растениях, которыми питается скот, у больных животных убывает количество гемоглобина в крови и происходят значительные изменения в головном и спинном мозгу. Это выражается в потере аппетита, в нервных страданиях, ухудшении общего состояния. Цинк, входящий в состав ферментов, принимает участие в образовании желудочного сока, бикарбонатов поджелудочной железы и слюны, а у птиц – в построении яичной скорлупы. С возрастом содержание соединений цинка в теле животных увеличивается. В относительно больших количествах цинк входит в состав гипофиза животных и некоторых гормонов и ферментов. Много цинка содержится в печени, поджелудочной железе и в почках. Он имеет большое значение для размножения животных. В жизни животных огромное значение имеет марганец. Больше всего содержится его в печени животного, меньше всего – в лёгких. Этот металл, как показали опыты, усиливает рост и размножение некоторых животных. Положительно влияет марганец на процессы кроветворения у животных, причём увеличивается количество красных кровяных шариков и процент гемоглобина в крови. Самым важным в действии марганца является его участие в окислительно-восстановительных процессах, протекающих в организмах животных. Увеличивается потребление кислорода. Благоприятно марганец действует и на обмен углеводов. Но также как и у человека, у животных могут тоже возникать различные патологии из–за избытка или недостатка определённого металла. Недостаток калия вызывает патологические изменения в органах животных. 2.5. Металлы – биогены в организме человека. Если бы мы, подобно средневековым алхимикам, захотели создать искусственным путём человека, то для этого надо было бы применить от 30 до 40 разных химических элементов, около 25 которых – это металлы. Роль металлов в организме человека очень и очень высока. Каждый металл своеобразен и каждый выполняет свою функцию. Металлы в организме человека самые различные – кальций, калий, натрий, магний, железо… Их трудно перечесть, и человек должен лично заботиться и знать о своём организме, так как также как и у растений и животных он очень чувствителен к недостатку, а тем более к отсутствию в пище тех или иных металлов. 2.5.1. Содержание в организме человека различных металлов (массовые доли даны в %) литий – 0, 0001, натрий – 0,03, калий – 0,025, кальций – 0, 14, магний – 0, 05, железо – 0,001, марганец – 0,000001 алюминий – 0,001 цинк – 0, 001. Основным источником поступления металлов в организм человека являются пищевые продукты, так как если мы съедаем какой–либо продукт, то все металлы, содержащиеся в нём, попадают в наш организм. В пример я могу привести картофель, содержащий в своём составе около девяти металлов. 2.5.2. Содержание металлов в картофеле.
В жизни человека большую роль играет КАЛЬЦИЙ. В организме взрослого человека больше 1 кг кальция (Са2+) в виде соединений: фосфата кальция (Са3(РО4)2) – 80% и карбоната кальция (СаСо3) – 13%. Это основные минеральные вещества костей скелета. Ионы кальция присутствуют во всех тканях и жидкостях организма. Кальций необходим для нормальной работы клеточных мембран и мышц, участвует в процессах свёртывания крови. Питание мясом, картофелем и белым хлебом, в которых содержится мало кальция, вызывает недостаточность кальция в организме. В противоположность этим продуктам богаты кальцием фрукты, капуста, брюква, особенно же молоко. Сладости бедны кальцием. Если варить пищу в мягкой воде, то кальций переходит из продуктов в воду. При варке очищенного картофеля теряется и то малое количество кальция, которое в нем имеется. Чем мягче вода, тем больше уходит в нее кальция из пищи. Из народов меньше всего потребляют кальций китайцы, которые главным образом питаются рисом, бедным кальцием. К тому же они варят его в мягкой воде и поэтому часто прибавляют в неё немного гипса. В Кантоне питаются кашей из гороховой муки и тоже прибавляют гипсовую болтушку. Медицина широко использует соединения кальция как лекарства при рахите, воспалительных и аллергических заболеваниях. Без соединений ЖЕЛЕЗА мы не смогли бы прожить. В биологических системах железо связано с органическими веществами. В миоглобине и гемоглобине встроены ионы Fe2+ , в каталазах и ферментах – Fe3+. В цитохромах железо поочерёдно переходит из одного валентного состояния в другое. Гемоглобин – красный пигмент крови человека. Состоит из белка (глобина) и железопорфирина (гема). На одну молекулу глобина приходится 4 гема, а каждый гем содержит 1 атом железа. Гемоглобин переносит кислород от органов дыхания к тканям и углекислый газ от тканей к дыхательным органам. Степень окисления иона железа не изменяется при соединении комплекса с кислородом, при этом образуется оксигемоглобин. Схема процесса: // О2 + гемоглобин оксигемоглобин Равновесие смещается в правую сторону в лёгких, в левую – в клетках. Миоглобин – глобулярный белок, запасающий кислород в мышцах человека. На одну молекулу белка приходится один гем, содержащий 1 атом железа. Цитохромы (дыхательные ферменты) – сложные белки, осуществляющие в живых клетках перенос электронов и водорода (в результате обратимого изменения валентности атома в геме) от окисляемых органических веществ к молекулярному кислороду. При этом образуется богатое энергией соединение – аденозинтрифосфат (АТФ). Основная масса железа, содержащегося в организме человека, находится в крови – в эритроцитах – определяет цвет крови и участвует в процессе газообмена. В мышцах тоже находится железо и встречается оно в виде белка миоглобина, который определяет цвет мышц. Гемоглобин переносит не только кислород, но и углекислый газ, миоглобин запасает только кислород. С возрастом содержание железа в тканях увеличивается. Всосавшееся в желудочно–кишечном тракте железо транспортируется кровью к тканям с помощью белка трансферрина. Каждая молекула трансферрина связывает два иона Fe3+. В реакции участвует бикарбонат – ион, который упрочняет связь между ионами железа и белком трансферрином. Недостаток трансферрина приводит к нарушению обмена железа. Когда связывающая способность трансферрина исчерпывается, Fe(OH)3 осаждается в крови. Ферритин – ещё один железосодержащий белок, в котором на одну молекулу белка проходится до 4500 атомов железа. Он находится в печени, селезёнке, костном мозге. Этот белок запасает и мобилизует железо в организме. Освобождение железа из ферритина сопряжено с восстановлением ионов Fe3+ до Fe2+. Период нахождения железа в организме человека превышает 10 лет, так как железо, содержащиеся в гемоглобине, при разрушении эритроцитов практически не выводится из организма, а рециркулируется печенью. Было также установлено, что старение организма сопровождается увеличением количества железа в ДНК. Было обнаружено, что под действием витамина С трёхвалентное железо ДНК переходит в двухвалентное, которое уже не влияет на старение. Если не хочешь стареть, принимай витамин С ! 2.5.3. Распределение железа в организме человека, %
Примечание. За 100% принимается масса всего железа в организме человека. У здорового человека каждые сутки вырабатывается 2000 млрд эритроцитов, а за жизнь – 5*1023, масса которых 500 кг. Чтобы приготовить 0,5 т эритроцитов нужно 0,5 кг железа. В организм железо поступает с пищей. У человека, страдающего недостатком железа, развивается малокровие, или железодефицитная анемия. Бледность – первый симптом анемии. Малокровие надо лечить препаратами железа, именно железо как общеукрепляющее средство было известно древним китайцам, египтянам и грекам. Железо следует покупать не в аптеке, а в магазине. 2.5.4. Содержание железа в основных продуктах питания
В пищевых продуктах содержится трёхвалентное железо, а клетки кишечника пропускают только двухвалентное. Минуя пищевод и попав в кишечник, Fe+3 восстанавливается в Fe+2. Усваивается 2–20% железа, причём из продуктов растительного происхождения – 2–8% . Если человек плохо пережёвывает пищу, Fe+3 не восстанавливается и остаётся недоступным. На усвоение влияет и состав пищи. Fe+3 в присутствии витамина С и фруктозы легко растворяется и усваивается. Но есть враги железа – чай, кофе, яичные желтки. В их присутствии железо образует трудно растворимые соединения. Во избежание хронического отравления железом, содержащимся в пище, установлены значения его ПДК.
Некоторая часть железа хранится про запас, оно может храниться долго – до тех пор, пока оно срочно не потребуется организму, например, при потере крови. Тогда запасное железо используется для синтеза гемоглобина. Экспериментально доказано, что у здоровых мужчин и женщин однократный приём умеренной дозы алкоголя вызывает усиленное выделение через кишечник железа, алюминия, цинка, что приводит к дефициту этих металлов в организме. Медики пользуются солями ЛИТИЯ для лечения болезней, связанных с отложением солей мочевой кислоты, – соли лития (за исключением фторида, карбоната и фосфата) хорошо растворимы и способствуют рассасыванию болезненных отложений. Необходимо иметь в виду, что во всех случаях медицинского применения важно соблюдать строгую дозировку, так как соединения лития могут оказать токсическое действие. Биологическая функция ионов лития в здоровом организме пока не ясна. Однако имеются сведения, что введением его в организм удаётся лечить одну из форм маниакально–депрессивного психоза. НАТРИЙ активно участвует в минеральном обмене в организме человека. Он содержится в эритроцитах крови – красных кровяных тельцах, в сыворотке, пищеварительных соках, играет важную роль в водно–солевом обмене и поддержании кислотно–щелочного равновесия. Для чего же нужен хлорид натрия (NaCl), почему всегда подчёркивают его большое значение? Во–первых, он необходим человеку и животным как одна из составных частей пищи. Полное исключение хлорида натрия из рациона может привести к гибели организма. Такая угроза редко возникает – и растительная, и животная пища всегда содержит хлорид натрия. Однако в растительной пище преобладают соли калия, и поэтому травоядные животные чаще испытывают недостаток соли, чем хищные. В корм скоту добавляют соль, а дикие травоядные, например олени, отыскивают солончаковые почвы и слизывают выступающие на поверхность отложения соли. Итак, ясно, что хлорид натрия нужен и даже необходим организму человека. Но во всём надо соблюдать меру, а в дозировании соли это особенно важно. Человеку вполне достаточно 5–10 г поваренной соли в сутки; превышение этой нормы грозит серьёзными последствиями. Доказано, что систематическое употребление пересолённой пищи неизбежно ведёт к расстройству деятельности почек и повышению кровяного давления, т. е. к гипертонии – тяжёлому и опасному заболеванию. В организме ионы натрия действуют очень часто совместно с ионами калия, но, как это ни странно, почти всегда в противоположных направлениях. Если какой либо фермент – биологический катализатор – для своей работы нуждается в ионах натрия, то ионы калия подавляют его активность и, соответственно, наоборот. Внутри клетки повышено содержание ионов калия, снаружи – ионов натрия. Такое распределение необходимо для нормальной жизнедеятельности клеток. Имеется только один фермент (способствующий освобождению энергии из аденозинтрифосфорной кислоты), который для своей работы требует участия ионов калия и натрия. Он находится в оболочке – мембране клетки и «снаружи» активируется ионами калия и тем способствует их вхождению в клетку, а «изнутри» – ионами натрия, облегчая тем самым выведение натрия из клетки. Оба иона принимают участие в распространении нервного импульса по нерву. Если конец нерва подвергнуть какому–либо раздражению, то в нерве возникает короткий импульс тока. Сказывается, что при этом внутри нерва вовсе не движутся электроны, как это происходит при движении тока в металлических проводниках. Нервное волокно грубо можно представить себе в виде трубочки, стенки которой обладают различной проницаемостью по отношению к ионам натрия и калия. При раздражении проницаемость стенок (мембран) «трубочки» по отношению к ионам натрия возрастает, ионы натрия устремляются внутрь быстрее, чем ионы калия выходят оттуда, и на поверхности волокна возникает отрицательный заряд (там не хватает катионов). После этого с соседних участков наружной поверхности волокна к месту, где появился отрицательный заряд, движутся ионы натрия из соседней зоны. В этой зоне появляется избыточный отрицательный заряд, а в первой восстанавливается равновесие. Так, электрический импульс движется по нерву в результате перемещения ионов натрия в направлении, перпендикулярном волокну. Для нормального функционирования клеток, как видно, необходимо присутствие обоих катионов (а также ещё кальция и магния). Также натрий входит в состав многих лекарственных препаратов: питьевая сода, норсульфазол. Сейчас уже доказана необходимость ЦИНКА для функции эндокринных желёз, для синтеза белков, в участии механизма клеточного деления. Выясняется серьёзная роль этого металла в развитии диабета, цирроза печени, лейкемии и атеросклероза. Кроме того, цинку принадлежит важная роль в развитии скелета. Цинк обнаружен в инсулине, в гормоне поджелудочной железы. 2.6. Польза и вред. 3. Экспериментальная часть. 3.1. Определение содержания железа в яблочном соке. 3.2. Определение содержание катионов железа в домашнем соке. 3.3. Определение содержания катионов кальция в воде. 4. Вывод. |