§4. Элементы viib группы

Марганец Мn, технеций Тс и рений Re — элементы-ана­логи, образующие группу VIIB.

Из элементов VIIB-группы только марганец является биогенным элементом и одним из десяти металлов жизни, необходимых для нормального протекания процессов в жи­вых организмах.

Калий перманганат KMnO₄ — наиболее известное соединение марган­ца, применяемое в медицине. Используют водные растворы с содержани­ем КМnО₄ от 0,01 до 5%, В качестве кровоостанавливающего средства применяют 5%-ный раствор. Растворы калия перманганата обладают ан­тисептическими свойствами, которые определяются его высокой окисли­тельной способностью.

Перманганат КМnО₄ хорошо растворим в воде. Перманганаты — сильные окислители. Это свойство используется в медицинской практике для дезинфекции, в фармакопейном анализе для идентификации Н₂О₂ путем взаимодействия с КМnО₄ в кислой среде (перманганатометрия). Количественное содержание КМnО₄ в препаратах Государственная фармакопея рекомендует оп­ределять иодометрически путем проведения реакции с KI в кислой среде.

Глубина превращения перманганата зависит от рН сре­ды, в которой протекает реакция. При сравнении стандартных окислительно-восстановительных потенциалов видно, что наиболее сильные окислительные свойства перманганат-ион проявляет в кислой среде:

МnО₄^– + 8Н⁺+5е =Мn²⁺ + 4Н₂О; = 1,52 В

МnО₄^– +2H₂O+3e = MnO₂ +4OH^–; = 1,23В

МnО₄^– + 1е = МnО₄^2– ; =0,56 В

Высокую окислительную способность перманганата используют в эко­логии для оценки загрязненности сточных вод (перманганатный метод). По количеству окисленного (обесцвеченного) перманганата определяют содер­жание органических примесей в воде. Перманганатный метод (перманганатометрию) используют также в клинических лабораториях для определения содержания мочевой кислоты в крови.

Вследствие высокой окислительной способности кислород­ные соединения марганца в высших степенях окисления в организме не существуют.

Для организма перманганаты являются ядами, их обезв­реживание может происходить следующим образом:

2КМnО₄+5Н₂О₂+6Н⁺ =2Мn²⁺+2К⁺ +8Н₂О+5О₂

Для лечения острых отравлений перманганатом использу­ется 3%-ный водный раствор Н₂О₂, подкисленный уксусной кислотой.

Калий перманганат окисляет органические вещества кле­ток тканей и микробов. При этом КМnO₄ восстанавливается до МnО₂ Марганец (IV) оксид может также взаимодейство­вать с белками, образуя комплекс бурого цвета.

Под действием калия перманганата КМnО₄ белки окисляются и свер­тываются (коагулируют). На этом основано его применение в качестве на­ружного препарата, обладающего противомикробными и прижигающими свойствами. При этом его действие проявляется только на поверхности ко­жи и слизистых оболочек. Окислительные свойства водного раствора КМnО₄ используют для обезвреживания токсичных органических веществ. В результате окисления образуются менее токсичные продукты. Напри­мер, наркотик морфин превращается в биологически малоактивный оксиморфин.

Из других соединений марганца следует отметить марганец (II) суль­фат и марганец (II) хлорид, которые используют при лечении малокровия.

В теле взрослого человека содержится 12 мг (1,6 10^–5 %). Марганец концентрируется в костях (43%), остальное — в мягких тканях, в том числе и в мозге.

В организме марганец образует металлокомплексы с бел­ками, нуклеиновыми кислотами, АТФ, АДФ, отдельными аминокислотами. Содержащие марганец металлоферменты: аргиназа, холинэстераза, фосфоглюкомутаза, пируваткарбоксилаза.

Связывание аммиака — токсичного продукта превращения аминокис­лот в организме млекопитающих осуществляется через аминокислоту ар­гинин. Аргиназа — фермент, катализирующий в печени гидролиз аргини­на. В результате аргинин расщепляется на мочевину и циклическую ами­нокислоту орнитин:

Мочевина — нетоксичное, растворимое в воде вещество. Оно потоком крови доставляется в почки и выводится с мочой.

Атомный радиус марганца 128 пм. Это объясняет то об­стоятельство, что марганец может замещать магний (атом­ный радиус 160 пм) в его соединении с АТФ, существенно влияя на перенос энергии в организме.

Гидролиза аденозинтрифосфата (АТФ) до аденозиндифосфата (АДФ) обеспечивает энер­гетику жизнедеятельности. В организме этот процесс активируется магни­ем в результате образования комплексов МgАТФ^2– и MgAДФ^–. Однако установлено, что активацию могут осуществлять и ионы марганца Мn²⁺. При этом оказывается, что комплексы МnАТФ^2– и МnАДФ^– более актив­ны. Участие марганца в гидролизе можно представить в виде:

Ионы Mg²⁺ и марганца Мn²⁺ осуществляют также активацию фермен­тов — нуклеаз. Эти ферменты катализируют в двенадцатиперстной кишке гидролиз нуклеиновых кислот ДНК и РНК. В результате эти биополиме­ры расщепляются на мономерные единицы — нуклеотиды. В частности такой нуклеазой является дезоксирибонуклеаза, которая катализирует гид­ролиз ДНК только в присутствии ионов Mg²⁺ или Мn²⁺.

Марганец может входить и в состав неорганических сое­динений организма. Это, например, малорастворимый марга­нец магний пирофосфат MnMgP₂O₇. Кристаллы этой соли локализуются на внутренней поверхности мембраны везикул.

Почти одинаковое значение атомного радиуса марганца (128 пм) и железа (126 пм) объясняет способность марганца замещать железо в порфириновом комплексе эритроцита. По той же причине марганец может замещать и цинк (атомный радиус 127 пм) в цинкзависимых ферментах, изменяя при этом их каталитические свойства.

О наличии технеция в живых организмах данных нет. Однако соединения технеция с бисфосфонатами используют для радио-изотопного метода диагностики. Метастабильный изотоп технеция ⁹⁹Тс является излучителем лучей. В первые минуты после внутривенного введения препарата «Технефор», содержащего ⁹⁹Тс, можно исследо­вать состояние мягких тканей, через 2—3 ч после введения — костных. Ниже приводится формула строения комплекса Тс с бисфосфонатом:

В соединении с бисфосфонатом технеций обычно четырех­валентен, при этом координационное число может быть рав­ным 6, что хорошо видно на схеме.

Таким образом, для решения медико-биологических задач используются не только соединения жизненно необходимого Мn, но и соединения искусственного элемента ⁹⁹Тс.