13.4. Биологическая роль кс

В организме человека все металлы, кроме щелочных и, частично, щелочноземельных, находятся в виде прочных хелатных комплексов с биолигандами: белками, аминокислотами, витаминами, гормонами и другими биоактивными соединениями. Важнейшими являются комплексы с белками (рисунок 58). К ним относятся многочисленные металлоферменты, а так же гемоглобин (комплекс железа с порфином) и хлорофилл (комплекс магния).

Рисунок 58— Порфин – это биолиганд, входящий в состав гемоглобина, хлорофилла, цитохромов С и некоторых других биосоединений

Сбалансированные потоки металлов и лигандов в биосистемах обуславливают металло-лигандный гомеостаз. Его нарушение приводит к различным заболеваниям. Например, при недостатке железа развивается анемия, при его избытке — сидероз. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) дефицит железа в организме человека является одной из наиболее серьезных проблем современности. На земном шаре от дефицита железа страдает 4-5 миллиардов человек (66-80% населения Земли). Недостаток железа — один из десяти глобальных факторов риска, являющийся причиной смерти 800 000 человек в год.

Недостаток кальция приводит к остеопорозу, а его избыток в организме человека способствует развитию катаракты, атеросклероза, а также обызвествлению костной ткани.

Для коррекции металло-лигандного гомеостаза используются:

• комплексоны, связывающие токсичные металлы, и выводящие их из организма человека;

• комплексные соединения. Так, комплексы платины (например [Pt(NH₃)₂Cl₂]), применяются как противоопухолевые препараты. Комплексы золота (Na₃[Au(S₂O₃)₂]) используются для лечения артритов и туберкулеза. Тетацин находит широкое применение при отравлениях тяжелыми металлами.

Строение, свойства и биологическая роль КС металлов с биолигандами является объектом изучения бионеорганической химии, возникшей в середине 50-х годов, на стыке неорганической химии, биологии и медицины. Достижения бионеорганической химии широко внедряются в медицину.

Лекция 14 Химия биогенных элементов план

14.1. Основы биогеохимии.

14.2. Химия s-элементов.

14.3. Химия d-элементов.

14.4. Химия p-элементов.

14.1. Основы биогеохимии

Биогеохимия ― это наука, изучающая распределение химических элементов и их миграцию в биосфере. Основным вопросом биогеохимии является вопрос о взаимосвязи живого и неживого вещества. Становление биогеохимии как науки произошло в 30-е годы XX века. Ее основоположником является академик В.И. Вернадский.

Биосфера ― это единственная область Земли, занятая жизнью. Она включает в себя литосферу, гидросферу и атмосферу, состоящую из тропосферы и стратосферы. Анализируя содержание элементов в земной коре и в живых организмах, Вернадский пришел к выводу, что качественный состав этих объектов близок. Он предполагал, что в живом организме когда-нибудь будут найдены все элементы ПС, обнаруженные в неживой природе. Однако простой взаимосвязи между содержанием элементов в живой и неживой природе не существует.

98 % земной коры составляют 8 химических элементов: О, Si, Al, Fе, Са, Na, К, Mg. В живом организме преобладают 6 элементов: С, H, О, N, P, S, на которые приходится 97,4 % массы тела. В земной коре преобладают металлы, а в живых организмах ― неметаллы.

Все живые вещества образуют биомассу, причем человечество составляет лишь небольшую часть ее. В разных геосферах химические элементы распределены неравномерно (таблица 15).

Таблица 15 ― Массовая доля некоторых элементов в геосферах Земли

№	Химический элемент	Гидросфера	Литосфера	Человек
1	О	85,82	47,2	62,4
2	Н	10,72	0,15	9,80
3	Cl	1,89	0,045	0,15
4	Na	1,06	2,64	0,15
5	Mg	0,14	2,1	0,05

Из основных элементов биомассы только кислород и кальций широко представлены в земной коре. Такие элементы как кремний, алюминий и железо, находящиеся в земной коре в наибольших количествах, в биомассе представлены в невысоких концентрациях.

Согласно теории А.П. Виноградова, живые организмы легко накапливают те химические элементы, которые образуют газы и пары атмосферы или водорастворимые соединения с главными ионами гидросферы (H⁺, OH‾, HCO₃‾, CO₃²‾, I‾, SO₄²‾, PO₄³‾). Например, С ― макроэлемент, т.к. образуемые им оксиды СО и СО₂ ― газы; Si ― микроэлемент, т.к. SiO₂ ― нерастворимое в воде твердое вещество.

Биогенными называются химические элементы в той или иной форме входящие в состав биомассы и выполняющие в ней определенные жизненные функции. К важнейшим биогенным элементам относятся: