Содержание

Известно, что количество различных элементов в организме человека существенно различается. Существует несколько классификаций химических элементов, присутствующих в организме человека. Наибольшее признание получила классификация, предложенная Владимиром Ивановичем Вернадским. Химические элементы разделяют на три группы в зависимости от их содержания в живых организмах (массовой доли ω, %):

1. Макроэлементы. Это элементы, содержание которых в организме превышает 10^–2 %. К ним относят углерод, водород, кислород, азот, фосфор, серу, кальций, магний, натрий, калий и хлор. Основу живых систем составляют шесть элементов (углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера), получивших название органогены. Общая массовая доля этих элементов организме человека составляет 97,3%: из них кислород – 62,4%, углерод– 21%, водород – 9,7%, азот– 3,1%, фосфор – 0,95% и сера – 0,16%. Для органогенов характерно разнообразие химических связей, определяющих многообразие биомолекул в живых организмах.

Органогены образуют важнейшие «молекулы жизни» - белки, липиды, нуклеиновые кислоты, углеводы, гормоны, ферменты, биологически активные соединения. Главная функция макроэлементов состоит в построении тканей, поддержании постоянства осмотического давления, ионного и кислотно-основного равновесия.

2. Микроэлементы или жизненно необходимые элементы. К ним относят элементы, содержание которых в организме находится в пределах от 10^–3 до 10^–5 %. В эту группу входят железо, медь, цинк, кобальт, марганец, молибден, хром, хлор, йод, фтор, селен, Микроэлементы в качестве комплексообразователей присутствуют в составе ферментов, гормонов, витаминов, в качестве биологически активных веществ или активаторов регулируют многие биохимические реакции, обмен веществ, процессы размножения, тканевого дыхания, обезвреживание ксенобиотиков.

3. Ультромикроэлементы или примесные элементы относят к условно жизненно необходимым элементам. Их содержание в организме не превышает 10^–5 %. В эту группу объединены ртуть, золото, уран, барий, никель, кремний, алюминий, стронций, бор, никель, ванадий и др.

В организме человека минеральные вещества могут находиться в различных формах:

1. в ионной форме (часто в виде координационно связанных комплексов и хелатов). Так, железо в комплексе с порфирином образует небелковую часть структуры гемоглобина, цитохромов, каталазы; кобальт входит в структуру цианокобаламина; металлокомплекс магния с порфирином представляет хлорофилл.

2. в ковалентной, чаще с атомами углерода, например Se в селеносодержащих белках и ферментах в виде селенометионина. Такие соединения имеют характер элементоорганических. Так же связан кремний и бор.

S- элементы. Биологическая роль. Применение в медицине.

Общая характеристика s-элементов

В S-семейство объединены 14 элементов, имеющих валентные электроны на внешнем S-подуровне. S-элементы - первые два элемента каждого периода, составляющие главных подгрупп I и II групп и лишь гелий находится в VIII главной подгруппе. Для элементов I А подгруппы электронная формула внешнего уровня ns¹, а для II А - ns². В главных подгруппах в направлении сверху вниз радиус атома увеличивается, величина энергии ионизации уменьшается, следовательно, химическая активность и восстановительные свойства возрастают. Для элементов I А и II А подгруппы характерная степень окисления +1 и +2. Для водорода возможна степень окисления -1, при взаимодействии его с металлами s-семейства, поскольку водород в этом случае обладает наименьшей восстановительной активностью.

Элементы II А подгруппы проявляют степень окисления +2 будучи в возбужденном состоянии атома, при этом происходит гибридизация по типу SP, определяющей линейную структуру соединений.

Основными биоэлементами из s-семейства являются натрий, калий, магний и кальций, относятся к «металлам жизни». Биоэлементы в организме находятся в виде катионов со степенью окисления +1 и +2.

Ниже представлена более подробная характеристика биологического действия важнейших S-элементов.

Калий. Количество калия в организме зависит от возраста и пола. В среднем содержание калия в организме взрослого человека составляет около 0,23 % от общей массы тела (140 –180 г). Калий депонируется в организме (3-4 г ежедневно). Максимальное накопление отмечается у молодых мужчин, минимальное – у пожилых женщин. Калий распространен по всему организму. Основным депо являются мышцы, в которых сосредоточено до 80% внутриклеточного калия в концентрации 160 ммоль/л. Остальная часть внутриклеточного калия находится в печени, костях и эритроцитах. В тканях организма калий находится в следующих соотношениях: 0,4% - плазма крови, 1% -межклеточная жидкость и лимфа, 1%-трансцеллюлярная жидкость, 89,6% -внутриклеточная жидкость, 7,6% -костная ткань, 0,4% -плотная соединительная ткань и хрящ.

Калий является жизненно необходимым макроэлементом, локализованным преимущественно внутри клетки - 98% и во внеклеточной жидкости - 2%. Концентрация ионов К⁺ внутри клетки в 35 раз выше, чем вне её, а концентрация ионов Na⁺ во внеклеточной жидкости в 15 раз больше, чем внутри клетки. Поддержание такого неравномерного распределния этих ионов требует больших затрат энергии, поскольку перенос ионов через мембрану происходит против градиента их концентраций. Это реализуется с помощью калий-натриевого насоса, который за счет экзэргонической реакции гидролиза одной молекулы АТФ выводит три катиона натрия из клетки, а два катиона калия направляет внутрь клетки.