Роль металлов в жизнедеятельности организмов: Металлы играют существенную роль в жизнедеятельности живых

Металлы в живых организмах

Роль металлов в жизнедеятельности организмов: Металлы играют существенную роль в жизнедеятельности живых

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Металлы в живых организмах

fОсновная масса биологически активных металлов расположена в средней части первого большого периода таблицы Менделеева и относится к так называемым переходным элементам. Исключение составляют четыре металла (натрий, калий, магний, кальций), которые содержатся в организмах в довольно больших количествах.

Обычно к переходным относят те элементы, у которых в нейтральных свободных атомах d- и f-атомные орбитали заполнены электронами. Переходные металлы содержатся в организмах в очень малых количествах, и уже из этого можно сделать осторожный вывод, что их значение (доказанное прямым опытом) должно быть связано с катализом.

Ведь именно активные катализаторы могут способствовать быстрым изменениям состава вещества, действуя в малых концентрациях.

Переходные металлы могут еще выполнять (вместе с органическими соединениями) и другую функцию – переносить с места на место группу атомов или целые молекулы, закреплять молекулы в определенном положении, поворачивать их, поляризовать их и т.п.

Понятие «жизненно важный» включает только те катионы металлов, которые присутствуют во всех здоровых тканях человека и диапазон концентраций которых практически постоянен в каждой из тканей; исключение таких катионов из организма приводит к физиологическим аномалиям.

Комплексы металлов с порфиринами и порфириноподобными веществами.

Для живых организмов очень важны комплексные соединения металлов, в которых четыре координационных места занимает одна частица, называемая порфином, содержащим четыре пирролоподобных цикла, соединенных =CH-группами.

Производными порфина являются порфирины. К ним в настоящее время относятся представители многочисленного класса циклических ароматических соединений, содержащих многоконтурную сопряженную систему, в основе которой лежит шестнадцатичленный макроцикл, включающий от 4 до 8 атомов азота.

В организмах встречаются комплексы, в которых некоторые атомы водорода в порфине замещены на метильные и винильные остатки пропионовой кислоты (протопорфины). Известны 15 возможных изомерных структур.

Однако основной каркас этой сложной молекулы сохраняется во многих важнейших веществах: гемоглобине, цитохромах, витамине В12. Ион металла замещает атомы водорода двух пиррольных колец и одновременно связывается координационными связями с третичными атомами азота двух других пиррольных колец.

Благодаря эффекту резонанса связи металла с четырьмя атомами азота пиррольных колец, которые лежат в одной плоскости, рассматриваются как одинаковые.

Важнейшим свойством порфиринов является наличие в молекуле координационной полости, ограниченной атомами азота, N4 , имеющей радиус около 2 Б и способной координировать ионы металлов М2+, М3+, М4+ и даже с большей степенью окисления.

В результате комплексообразования образуются комплексные соединения порфиринов, так называемые металлопорфирины, обладающие многообразными структурными и химическими особенностями, высокой биологической и каталитической активностью.

При этом металл либо занимает центр полости N4 и оказывается в экваториальной плоскости xy, образуя плоский координационный узел из атомов MN4 , либо оказывается приподнятым над плоскостью, в которой лежат атомы N4 , и образует координационные узлы различной геометрической структуры – от тетрагональной пирамиды (L)MN4 и октаэдра (L1)(L2)MN4 до более сложных геометрических фигур.

Выход центрального атома из плоскости происходит, как правило, при донорно-акцепторном взаимодействии с молекулой L.

Если металл M способен присоединить вторую молекулу L той же природы с противоположной стороны плоскости xy, то он возвращается в центр полости N4 .

Лиганды (L), способные вступать в координационную сферу металла, уже занятую четырьмя атомами азота порфирина, называются аксиальными.

Возможности молекул металлопорфиринов выступать в биологических процессах в качестве биокатализаторов (ферментов) значительно расширяются в связи с необычайным строением порфиринов и их комплексов, своеобразием их свойств и чрезвычайно большим структурным многообразием. Структурное многообразие связано с многочисленными путями химической модификации молекул порфина за счет замещения атомов водорода.

Известно большое число биологических систем, в структуре которых металлопорфирины выполняют функции инициатора того или иного биологического процесса.

Наибольшее число исследований посвящено гемоглобину, гему крови, и процессам обратимой фиксации атмосферного кислорода на биологических и модельных системах.

Большой практический интерес представляет функционирование металлопорфиринов (железопорфиринов) в ферментных системах цитохромов. Кратко рассмотрим эти явления.

Гемоглобин.

Потребление атмосферного кислорода живыми организмами — важнейший биохимический процесс. Кислород транспортируется гемоглобином эритроцитов от легких к мышцам и удерживается в мышцах миоглобином. Как гемоглобин, так и миоглобин представляют собой комплексы железа, в которых группа ферропротопорфирина (гема) содержит Fe(II).

Пятое координационное место занимает азот имидазола (Im) гистидинового остатка, через который осуществляется единственная связь группы гема с полипептидной цепью белка.

В настоящее время известны аминокислотный состав и последовательность аминокислот в гемоглобинах, выделенных из разных животных, места присоединения частиц гема, пространственная структура гемоглобина (работы Перутца и др.). Гем локализован в расщелине между спиралями белка.

Одна молекула гемоглобина, состоящая из четырех белковых субъединиц («глобул»), содержит четыре гема и, следовательно, четыре атома железа. Поскольку кислород в гемоглобине непосредственно фиксируется железом, то такая молекула может, постепенно насыщаясь, присоединить четыре молекулы кислорода.

В молекуле миоглобина полипептидная цепь координирована железом гем-группы так же как в гемоглобине. Однако в отличие от гемоглобина молекула миоглобина состоит из одной белковой субъединицы и содержит одну гемовую единицу. Структуры окси- и дезоксиформ различны, и это различие не только в том, что одна из них содержит молекулы кислорода, а другая нет.

При отсутствии кислорода атом Fe(II) в гемоглобине имеет координационное число 5, связан донорно-акцепторной связью с четырьмя координирующими атомами азота протопорфирина и одной менее прочной связью с третичным атомом азота проксимального имидазольного фрагмента гистидина.

Координационный узел Fe(N)4NIm представляет собой квадратную пирамиду с атомом железа, удаленным от основания пирамиды на 0,8 Б. Шестое координационное место не в состоянии занять ни один имеющийся поблизости лиганд (в том числе и Н2О), кроме молекулярного кислорода. Молекула О2 вызывает оксигенирование гемоглобина, а точнее, иона Fe(II).

При этом комплекс Fe(N)4NIm из высокоспинового пирамидального состояния переходит в низкоспиновое октаэдрическое искаженное состояние с координационным узлом Fe(N)4NIm(O2).

Под влиянием кристаллического поля N-донорных атомов порфирина, а также аксиальных лигандов (Im и O2) -конфигурация Fe(II) превращается в [4]. На вакантные еg-орбитали переходят сигма-электронные пары имидазола и кислорода.

Считают, что молекула О2 связывается в шестом координационном месте с Fe(II) также за счет дативной p-связи. Координированный ион железа поставляет пару электронов, находящуюся на его dyz (или dzx-)-орбитали, на вакантную (разрыхляющую) pz-орбиталь молекулы О2 .

Образованию p-связи Fe(II) O2 благоприятствует высокая электронодонорная способность порфириновой p-системы и проксимального имидазола. Атом железа после оксигенации входит в координационную полость порфирина N4 и располагается центросимметрично.

Структура белка в гемоглобине такова, что она экранирует подход к атому Fe(II) всех других молекул, имеющихся в крови, и своевременно регулирует его донорно-акцепторные свойства. Исключение составляют токсиканты — яды крови, к которым относятся монооксид углерода, оксиды азота, метиленовый синий.

Проникая с атмосферным воздухом в легкие, монооксид углерода быстро преодолевает альвеолярно-капиллярную мембрану, растворяется в плазме крови, диффундирует в эритроциты и вступает в обратимое химическое взаимодействие как с окси-, так и с дезоксигемоглобином:

HbO2 + CO = HbCO + O2 ,

Hb + CO = HbCO,

где Hb — гемоглобин.

Образующийся комплекс карбоксигемоглобин (HbCO) не способен присоединять к себе кислород. В молекуле гемоглобина CO координируется атомом Fe(II), вытесняя O2 . Одна молекула гемоглобина (точнее, четыре ее гема) может присоединить до четырех молекул CO.

Важным производным гемоглобина является метгемоглобин, в молекуле которого атом железа находится в степени окисления 3+. Метгемоглобин не связывает молекулярный кислород. Он образуется при воздействии на гемоглобин окислителей (оксидов азота, метиленового синего, хлоратов).

Образование метгемоглобина в крови уменьшает в ней количество функционально важного оксигемоглобина и нарушает доставку кислорода к тканям. Комплексы железа с порфиринами участвуют не только в транспорте кислорода, но и выполняют множество других функций.

Среди них процесс переноса электронов.

Цитохромы.

Железопорфирины разных типов, соединяясь с белками, дают начало группе хромопротеидов, объединенных под общим названием цитохромы («цитохром» значит «клеточная окраска»). Важным этапом обмена вещества (метаболизма) является отщепление от пищевых веществ водорода.

Атомы водорода при этом переходят в ионное состояние, а освободившиеся электроны поступают в дыхательную цепь.

В этой цепи, переходя от одного соединения к другому, они отдают свою энергию на образование богатых энергией молекул аденозинтрифосфорной кислоты, а сами присоединяются к молекуле кислорода. Получившийся ион кислорода O2 — образует с ионами водорода H+ молекулы воды.

Перенос электрона осуществляют железопорфириновые комплексы, очень похожие на те, которые входят в состав гемоглобина и миоглобина. Перенос электрона осуществляется за счет изменения степени окисления железа.

Переходы

Fe3 + + e = Fe2 +, Fe2 + — e = = Fe3 +

создают возможность перебрасывать электроны от одного цитохрома к другому.

Цитохромы обычно делят на три класса: a, b и c. Лучше других изучен цитохром c, так как только его можно легко выделить из клеток водными солевыми растворами. В этом соединении порфириновое кольцо, содержащее железо (II) в центре, связано с белком за счет ковалентных связей атомов кольца с остатком цистеина в молекуле белка.

С кислородом цитохром c не реагирует, так как у него шестое координационное место занято аминокислотным остатком метионина. В цепи переноса электронов цитохром c передает электроны цитохромам a и a3 . Из всех цитохромов только они окисляются молекулярным кислородом.

Эта система завершает цепь цитохромов и носит название цитохромоксидазы, которая представляет собой сложный белковый комплекс, содержащий два атома меди и две молекулы уникального гема А.

Молекула цитохромоксидазы должна обладать внутренней симметрией, имея реакционный центр, к которому ферроцитохром может доставлять электроны и к которому может присоединяться O2 [5]. Этот центр включает как гемы, так и атомы меди. Итак, перенос электронов осуществляется при помощи ряда соединений (цитохромов), в которых железо связано в комплекс с порфириновым циклом.

Витамин В12.

Это первое подробно изученное комплексное соединение, входящее в состав живых организмов (Р. Уильямс, Оксфорд), которое содержится в крови человека в концентрации 2,5 » 10- 4 мкг/мл. Недостаточное содержание кобальта в организме обусловливает развитие анемии.

В 1926 году было установлено, что сырая печень является средством борьбы с подобной патологией. Позднее, в 1948 году, было выделено комплексное соединение кобальта красного цвета, которое оказалось действующим началом противоанемических препаратов.

Его назвали кобаламин.

Центральной структурой является порфириноподобная корриновая кольцевая система, в которой пара пиррольных колец связана между собой непосредственно, а не через группу =CH-, как остальные пары колец и вообще пиррольные кольца в порфиринах.

Кобальт (II) находится в положении, которое в геме занимает железо (II). Считают, что характерное для различных кобаламинов строение обусловливает и их своеобразные каталитические свойства.

Выявлено большое число производных витамина В12, у которых CN-группа замещена другим фрагментом. Среди аналогов В12 наибольший интерес представляет метилкобаламин — метаболически активное соединение.

У большинства организмов витамин В12 (до 90% общего содержания) находится в виде кофермента, то есть участвует в ферментативных реакциях. В природном коферменте вместо CN-группы содержится остаток дезоксиаденозина.

Витамин В12 необходим для образования эритроцитов. Кроме того, он осуществляет перенос метильных групп на важных стадиях обмена веществ.

Процессы трансметилирования интересны тем, что в одном из образующихся промежуточных продуктов имеется связь между кобальтом и атомом углерода переносимой группы, например -CH3.

Подобные соединения синтезированы и хорошо известны, но в природе, как правило, не встречаются. Кобаламиновые комплексы представляют практически единственный пример такого рода.

Металлопорфирины являются макроциклическими комплексами, и это накладывает отпечаток на их строение и свойства. Однако они отличаются от бесчисленного множества других групп макроциклических комплексов тем, что являются ароматическими макроциклами с уникальной сопряженной p-системой.

Ароматичность порфиринов определяет их электронодонорные свойства, то есть способность к снижению локальных положительных и отрицательных зарядов путем их распределения по ароматическим орбиталям.

Вследствие этого стабилизируются катион- и анионрадикальные формы, а также различные степени окисления металлов, возникающие в процессе функционирования биологически активных соединений на основе металлопорфиринов.

порфирин цитохром гемоглобин

fСписок используемой литературы

1. Уильямс Д. Металлы жизни. М.: Мир, 1975. 237 с.

2. Березин Б.Д., Ениколопян Н.С. Металлопорфирины. М.: Наука, 1988. 160 с.

3. Василенко Ю.К. Биологическая химия. М.: Высш. шк., 1978. 381 с.

4. Хартли Ф., Бергес К., Олкок Р. Равновесия в растворах. М.: Мир, 1983. 360с.

5. Уайт А., Хендлер Ф., Смит Э., Хилл Р., Леман И. Основы биохимии. М.: Мир, 1981. Т. 1. 534 с.

6. Роуз С. Химия жизни. М.: Мир, 1969.

Размещено на Allbest.ru

Источник: https://revolution.allbest.ru/biology/00489958_0.html

Металлы в организмах и их биологическая роль

Роль металлов в жизнедеятельности организмов: Металлы играют существенную роль в жизнедеятельности живых

Тип урока: Урок обобщения и систематизации знаний

Цель: Выяснить роль элементов металлов в живых организмах

Задачи:

  • рассмотреть биологическую роль элементов металлов
  • провести качественные реакции на ионы металлов
  • применять полученные знания в повседневной жизни

Методы:

объяснительно-иллюстративный, исследовательский

Формы работы:

фронтальная, индивидуальная

План урока:

  1. Организационный момент
  2. Объявление хода урока
  3. Работа по станциям
  4. Закрепление
  5. Подведение итогов
  6. Информация о домашнем задании

Ход урока

I. Организационный момент (2 мин.)

Учитель химии. Здравствуйте, садитесь. Кто отсутствует? Тема нашего урока “ Металлы в организмах и их биологическая роль” откройте тетради и запишите ее.

II. Целью нашего урока

будет рассмотреть биологическую роль элементов металлов, провести качественные реакции на ионы металлов, применять полученные знания в повседневной жизни. Урок пройдет не совсем в обычной форме – совместный с биологией, работа будет проходить по станциям. Станция познавательная: на уроках химии мы с вами рассмотрели металлы с химической точки зрения (строение, свойства, получение и применение) а с учителем биологии вспомните классификацию элементов по содержанию в организме, историческая – ваши сообщения об истории открытия элементов, информационная – работа индивидуальная с источником по инструктивной карте, экспериментальная – вы проведете качественные реакции на катионы металлов, итоговая – рассмотрим ситуации, которые могут произойти с каждым человеком. Из итогов работы на каждой станции мы получим общий итог урока.

III. Станция познавательная (10 минут).

Учитель биологии. Все живые организмы представляют собой “химические лаборатории”, состоящие из химических веществ и постоянно протекающих химических реакций.

Давайте вспомним химический состав живых организмов (химические элементы, органические и неорганические вещества)

Все живые организмы состоят из химических элементов, содержание которых колеблется в широких пределах. Вспомните классификацию химических элементов в живых организмах

  • макроэлементы- биоэлементы -99%
  • микроэлементы -1%
  • ультрамикроэлементы- следы

На перекрестке биологии, химии и медицины возникла новая научная область- бионеорганическая химия, которая рассматривает роль металлов в жизнедеятельности живых организмов, создает препараты на основе металлорганических соединений, которые помогут сохранить здоровье человека, продлить человеческую жизнь. 10 металлов таблицы Менделеева названы элементами жизни, среди них Na, K, Mg, Ca, Zn, Cu, Mn, Fe, Co, Mo. Наша задача, выяснить роль металлов в жизнедеятельности живых организмов.

Станция Историческая (10 минут).

Учитель химии

. Мы вспомнили классификацию химических элементов в живых организмах, прежде чем определить их влияние, мы познакомимся с историей открытия этих элементов. В тетрадях зафиксируйте, когда и кем был открыт данный металл.

Физкультминутка (2 минуты).

Станция информационная (20 минут).

Учитель биологии

. Мы познакомились с историей открытия химических элементов. А как же эти элементы попадают в организм, и какую роль выполняют? Рассмотрим на станции информационной. У вас на столах находятся источники информации, изучив, его вы должны представить свой металл по плану инструктивной карты и по ходу ответа заполнять таблицу, которая лежит у вас на столах.

Станция экспериментальная (20 минут). Инструктаж по ТБ.

Учитель химии. И так, мы с вами рассмотрели действия металлов в живых организмах. Металлы в организме человека находятся в виде ионов, поэтому на станции экспериментальная ваша задача провести качественные реакции на ионы некоторых металлов, В инструктивных картах записать наблюдения, сделать выводы.

Станция итоговая (15 минут).

Учитель биологии

. Мы проделали с вами большую работу, рассмотрели металлы с точки зрения химии и биологии, а сейчас обратимся к нашей повседневной жизни. Вам будут предложены игровые ситуации. Ваша задача определить о каком металле идет речь.

Кабинет врача.

Ситуация №1

.Больной жалуется на то, что у него сильно кровоточат даже мелкие царапины. Порой судорожно сокращаются мышцы, и он с трудом удерживает в руках мелкие

предметы. Кроме того, у больного имеются перебои в работе сердца, а окружающие заметили, что в последнее время он стал каким-то необычайно нервным. (Кальций)

Ситуация №2.

Больной жалуется на проблемы с кишечником, отечность и ревматические боли в суставах. (Калий)

Ситуация №3.

Больной жалуется на вялость, быструю утомляемость, особенно при физической нагрузке. При осмотре врач обратил внимание на синие круги под глазами и необычную бледность пациента. (Железо)

Ситуация №4.

“И что ты собираешься делать с этой ягодой”: – спросил дядя Вася.

“Не знаю, может, сварю половину, а половину истолку”: – ответила мама.

– “С этой ягодой вообще делать ничего нельзя”: – ответил дядя Вася.

– “Почему?”:- спросила мама.

-“Ягоды в этой посуде хранить нельзя”: – ответил дядя Вася.

О, какой посуде идет речь. (О посуде из цинка)

Ситуация №5. Учитель химии.

Опыт. В химический стакан с куриным белком добавить нитрат свинца. Объяснить полученный результат. (Необратимая денатурация, нарушение структуры белковой молекулы).

Выводы.

  1. Макро- и микроэлементы необходимы организму человеку для нормального функционирования.
  2. Они должны содержаться в определенных концентрациях, нарушение которых ведет к патологическим изменениям.
  3. Восполнение необходимых макро- и микроэлементов осуществляется при условии рационального питания.
  4. Есть металлы, которые оказывают токсическое действие и их присутствие в организме нежелательно.
  5. Наличие металла в продуктах питания можно определить при помощи качественных реакций на ионы металла.
  6. Все процессы с металлами в организме основаны на их способности к восстановлению.

Домашнее задание.

По химии подготовиться к контрольной работе по теме “Металлы”

По биологии творческая работа (биологическое сочинение) “Путешествие химических элементов в организме человека”

Оценки за урок.

Урок закончен, спасибо за работу. До свидания.

Презентация.

30.06.2013

Источник: https://urok.1sept.ru/%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D0%B8/637769/

EcololocateЭкология

Роль металлов в жизнедеятельности организмов: Металлы играют существенную роль в жизнедеятельности живых

К тяжелым металлам относят металлы с удельным весом более 4.5 г/см3. Тяжелые металлы играют особую роль в биосфере.

Находясь преимущественно в рассеянном состоянии, они могут образовывать локальные аккумуляции, где их концентрация в сотни и тысячи раз превышает среднепланетарные уровни.

Большинство металлов, присутствуя в живых организмах в ничтожно малых количествах, выполняют весьма важные функции, входя в состав биологически активных веществ. Соотношение их концентраций в организмах выработалось на протяжении всего хода эволюции органического мира.

Значительные отклонения от этих соотношений вызывают отрицательные, часто губительные, последствия для живых организмов. Наконец, являясь одним из главных природных ресурсов, непременным условием поддержания и развития современной цивилизации, металлы образуют группу наиболее опасных загрязнителей биосферы.

По биологической роли в живых организмах тяжелые металлы включают в себя как типичные микроэлементы (Co, Cu, Zn, Mo, Cr, Mn, Ni, V), биохимические функции которых подробно изучены, так и металлы, чья биологическая роль в живых организмах не столь многогранна и важна или вообще сомнительна (Sc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, W, La и лантаноиды, Hf, Pt, Au, Hg, Pb, As, Ge, Sn, Sb, Tl, Bi и другие).

Все химические элементы, в том числе и тяжелые металлы, в определенном количестве необходимы растительному организму. Элементы, из которых состоят растения, можно условно разделить на две группы. В одну входят структурные элементы, из которых построены молекулы основных органических соединений (белков, жиров, углеводов), в другую – функциональные.

Последние активно участвуют в синтезе структурных соединений, но, как правило, не входят в них. Функциональные элементы обладают высокой биологической активностью, часто являются кофакторами различных ферментов, влияют на проницаемость биомембран, способствуют лучшему перераспределению метаболитов внутри растения [1].

Микроэлементы (к которым относятся многие тяжелые металлы) в основном являются функциональными элементами, так как входят в состав ферментов, витаминов и других биологически активных веществ.

По абсолютному их содержанию в растительном веществе тяжелые металлы можно разделить на четыре групп: элементы повышенной концентрации – Mn, Zn, Fe; средний – Cu, Ni, Pb, Cr; низкой – Co, Mo, Cd, Sn; очень низкой – Hg, Ag [2].

Исключительно велика каталитическая роль микроэлементов, особенно в окислительно-восстановительных процессах. Медь играет важную роль в ходе ферментативного катализа, в частности, во время его первой стадии, т.е. во время связывания субстрата ферментом [3].

К настоящему времени в биологических системах обнаружен ряд медьсодержащих протеинов, и частности связанный с кислородом гемоцианин, цитохромная оксидаза, тиросиназа и лакказа. Медь, как и железо, участвует в природной селекции аэробных клеток и в эволюции металлопротеинов и металлоферментов.

Последнее выражается в развитии Сu-Zn-фермеитов (сверхкислая дисмутаза), Fe-Сu-ферментов и богатых кислородом белков. Во всех названных протеинах медь связывается с лигандами азота, кислорода и (или) серы.

Вместе с тем доминирующая роль меди в биологических системах определяется ее способностью стабилизировать серные радикалы.

Многочисленными исследованиями растительных организмов доказано положительное влияние меди на интенсивность фотосинтеза, дыхание, перераспределение углеводов, восстановление и фиксацию азота, проницаемость сосудов ксилемы для воды. Сu контролирует образование ДНК и РНК, оказывает влияние на механизмы, определяющие устойчивость к заболеваниям.

К числу давно известных и широко представленных в растении активируемых медью окислительных ферментов относятся энзимы фенолазного комплекса и аскорбатоксидаза. Предполагаемый механизм действия этих катализаторов включает образование комплексов меди с кислородом и изменение валентности металла фермента в ходе реакции.

Медь активирует процесс фиксации молекулярного азота. Медь является единственным элементом, улучшающим рост в условиях аммиачного питания. Растения на среде с аммиаком при хорошей аэрации и в присутствии меди были сравнимы по росту с растениями на нитратном фоне.

Участие меди в фотосинтезе подтвердилось присутствием в хлоропластах цитохромоксидазы и последующего открытия в хлоропластах пластоцианина, который встречается исключительно в фотосинтезирующих органах, зеленых частях растений. Многие медь-содержащие ферменты [4] катализируют восстановление О2 до Н2О2 или Н2О.

Окисляя монофенолы, медь принимает участие в образовании сложных биополимеров, таких как лигнин и меланин.

Марганец является катализатором в процессах дыхания и усвоения нитратов. Показано [5], что марганец при нитратном питании выступает в роли восстановителя, а при аммиачном – как окислитель.

При недостатке марганца в растениях разобщаются процессы фотосинтеза и биосинтеза нуклеиновых кислот, снижается содержание ионов калия, а содержание натрия, калия, магния, нитратов, фосфатов возрастает, что, очевидно, связано с увеличением проницаемости клеточных мембран и с активным накоплением их в вакуолях против градиента концентрации.

Недостаток марганца сопровождается повышением в корнях удельного веса фосфолипидов, холин- и инозитфосфатидов, что так же может быть связано с изменением проницаемости мембран. Перейти на страницу: 1 2 3

Другие статьи

Эколого-фаунистическая характеристика пресноводных моллюсков разнотипных водоемов Волгоградской области
Актуальность темы. Экологическая роль представителей малакофауны в экосистемах многообразна. Пресноводные моллюски, брюхоногие (Gastropoda) и двустворчатые (Bivalvia), представляют собой та …

Очистка атмосферы от промышленных пылевых выбросов
Актуальность. До определенного этапа развития человеческого общества, в частности, индустрии, в природе существовало экологическое равновесие, то есть деятельность человека не нарушала приро …

Проблемы, препятствующие распространению экологического менеджмента в России
В России практический опыт, накопленный в последние 5-6 лет, позволяет указать на основные проблемы, которые замедляют распространение подходов системы экологического менеджмента на российских предп …

Источник: http://www.ecololocate.ru/locats-880-1.html

«РОЛЬ МЕТАЛЛОВ И НЕМЕТАЛЛОВ ИХ СОЕДИНЕНИЙ В ПРИРОДНОЙ СРЕДЕ И В ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ»

Роль металлов в жизнедеятельности организмов: Металлы играют существенную роль в жизнедеятельности живых

ТЕМА: «РОЛЬ МЕТАЛЛОВ И НЕМЕТАЛЛОВ ИХ СОЕДИНЕНИЙ В ПРИРОДНОЙ СРЕДЕ И В ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ».9-класс

ЦЕЛЬ УРОКА: создать условия для интеграции знаний о роли химических элементов для нормального функционирования живых организмов.

ЗАДАЧИ УРОКА:Обобщающие: систематизировать, углублять и расширять имеющиеся знания учащихся о роли химических элементов в живых организмах;

Развивающие:формировать умения и навыки работы с дополнительной информацией, анализировать, делать выводы;

развивать умения говорить сообщение, делать развернутые ответы

Воспитывающие:воспитать чувство ответственности за общую работу;формировать практические компетенции у учащихся.

ОБОРУДОВАНИЕ: компьютер, проектор, экран.

Ход урока:1) Орг. момент. Приветствие.

2) Проверка д/з

3) Изучение нового материала

4) Закрепление

5) Д/З

1) Орг. момент. Приветствие.

2) Проверка д/з

А)Свойства металлов. Заполните пропуски нужными словами.
Радиус атомов металлов _______ радиуса атомов неметаллов. Во всех соединениях металлы имеют _______ степени окисления.

При комнатной температуре металлы находятся в ________ агрегатном состоянии, за исключением ________. Металлы обладают характерным ________. Они хорошо проводят ________ и ________.

Самый электропроводный Ме – ________ ,самый тугоплавкий Ме – ________ самый пластичный Ме  -________.
Б) Восстановите электронные формулы и определите, каким элементам они соответствуют

(2,8,1; 2,8,8,1; 2,8,2; 2,8,8,2).

Ответы: Больше, положительную, твердом, ртути, блеском, ток(электричество),

тепло, серебро, вольфрам, золото

В) Определите возможные химические реакции и запишите их.

FeSO4 + Ba(NO3)2  ZnSO4 + Cu 

Fe2O3 + AI  Na+ S 

3) Изучение нового материала: В организме человека находятся 81 химический элемент из 92,  встречающихся в  природе. Организм человека состоит на 60% из воды, 34% приходится на органические вещества и 6% – на неорганические.

 Человеческий организм – сложная химическая лаборатория. Трудно себе представить, но ежедневно наше самочувствие,  настроение и даже аппетит могут зависеть от минеральных веществ. Без них бесполезными оказываются витамины, невозможны синтез и распад белков, жиров и углеводов.

  Например, если вес человека составляет 70 кг, то в нем содержится (в граммах): кальция – 1700, калия – 250, натрия – 70, магния – 42, железа – 5, цинка – 3.

  Очевидно, что металлы необходимы клеткам тела человека для нормальной жизнедеятельности.

Как избыток, так и недостаток металлов оказывает отрицательное влияние на организм, а некоторые металлы могут оказывать на него токсичное действие.

Учитель сообщает о роли химических элементов.

Земную кору составляют сравнительно небольшое число химических элементов. Около ½ масса земной коры приходится на кислород. Более ¼ – на кремний.

Всего 18 элементов; O, Si, AL, Fe, Ca, K, Mg, H, Ti, C, Cv, P, U, Mn, F, Ba, Na, K составляют 99,8% массы земной коры. Из них на 8 элементов приходится 98% – это O, Si, AL, Fe, Ca, K, Mg, Na.

Тогда как в живых организмах 6 элементов – это O, S, C, P, Н, N на их долю приходится 97,4% массы организмов. Эти элементы называют органогенами.

С химической точки зрения отбор элементов при формировании организма сводится к отбору тех из них, которые способны к образованию прочных, но в то же время и лабильных связей.

Эти связи должны легко подвергаться как гомолитическому (О2 — О + О ) так и гетеролитическому (Н2О == О +2Н ) разрыву, а также циклизации (6 С –О). Именно поэтому органоген №1 в живой материи – это углерод.

Атомы кислорода и водорода гораздо менее лабильны, но и они образуют устойчивую среду для соединений остальных элементов – это воду, тем самым обеспечивают протекание окислительно-восстановительных процессов.

Атомы неметаллов (N,P,S) и металлов (Fe, Cu, Mg) отличаются особой лабильностью в образовании различных химических связей. Такие как Si и AL составляющие большую часть земной коры в живых организмах играют второстепенную роль. Теперь дадим им характеристику.

Значение металлов в живых организмах?

Железо. его в организме. Он входит в состав гемоглобина, является кофактором каталозы – фермента разрушающего пероксид водорода и оберегающего клетки от его повреждающего действия. При недостатке железа нарушается азотистый, жировой и жировой обмен, развивается анемия. У растений заболевание хлороз – обесцвечивание листьев. Ежедневная потребность железа около 12мг.

Кальций потребность для взрослых 0,8 -1г, для детей 0,6 -0,9 г в сутки.

Кальций основной компонент костей.

Ионы кальция передают возбуждение на мышечное волокно, вызывая ее сокращение, увеличивает силу сердечных сокращений, повышает фагоцитарную функцию лейкоцитов, активизирует защитную функцию белков, кальций влияет на проходимость сосудов – без этого элемента жиры, липиды и холестерин осели бы на стенках сосудов и закупорили бы их.

Он способствует выведению из организма тяжелых металлов. Ионы кальция обеспечивают постоянство осмотического давления крови. Он способствует свертыванию крови при ранениях. В растениях он играет большую роль в работе устьиц. Обмен кальция и его поступления в кость регулируется витамином Д.

При недостатке кальция происходит вымывание его из костей, образуются камни в костях. Никотин, кофеин, алкоголь являются одним из причин недостатка кальция, т.к. способствуют его интенсивному выведению мочой. Недостаток в кальции вызывает увеличение свертываемости крови, уменьшению усвояемости цинка, клетками костной ткани, появление остеоартрита, катаракты, артериального давления.

Калий и натрий элементы биотоков. Так ли это?

Калий участвует в формировании костной ткани, участвует в поддержании нормальной проницаемости наружных мембран, для образования ряда ферментов, для поддержания сердечного ритма, участвует в работе нервной ткани. В человеческом организме до 0,25г. Суточная потребность 2-5г.

Натрий. Суточная потребность 0,1 -3,3 г. Натрий входит внутренний и внешний слой мембраны клетки для возникновения электрического мембранного биопотенциала.

При недостатке натрия возникают колики, судороги, нарушения кровообращения, слабость снижение давления, может быть обморок.

Металлы необходимые для жизнедеятельности человека?

В небольших количествах входит Mn, Co, Ni, Cn, Zn, AL, Cv, Ux потребность колеблется от 300мг до 0,2 мг в сутки. Цинк входит в состав ферментов. его в человеческом теле 2-3г. Используется для приготовления глазных капель, кожных мазей.

Марганец. его в человеческом теле 12-20мг. Недостаток его сказывается на рост длинных костей, на мышечный тонус, на образование хрящевой ткани.

Кобальт. 4-10мг. Он участвует в синтезе мышечных белков, нервных волокон, на усвоение кальция и фосфора, способствует включению иона железа в молекулу гемоглобина. Способствует углеводному обмену.

Никель. 14мг. В небольших количествах активирует пищеварительные ферменты. Много его в табачном дыме. В больших количествах он притупляет работу пищеварительных ферментов, влияет на зрение (кератины, керато-коньюктивиты). Влияет на работу кроветворительных органов.

Медь участвует в фотосинтезе, участвует в усвоении азота. меди 80 мг. Участвует в тканевом дыхании, влияет на образование миелина, оказывает влияние на метаболизм витаминов В1, С, Ф, а также усвоение йода.

Входит в состав некоторых ферментов. Роль алюминия достаточно не изучена.

Известно, что в организме человека больше всего в легких (5,19мг), в костях (0,5мг), в головном мозге (0,25мг), в почках (0,1 мг), в крови (0,06мг).

Тяжелые металлы и почему они опасны?

Тяжелые металлы способны соединятся белком довольно прочно, нарушать тем самым работу ферментов.

Hg – энергично соединяется с группамиHS – сосредотачивается в почках нарушает их работу – отеки.

Кадмий – задерживается в почках, печени, поджелудочной железе и щитовидной, нарушая тем самым их работу.

Свинец – вызывает сильнейшее отравление, поражение десен, заболевание почек, нервной системы.

Талий – поражение десен, выпадение волос, нарушается работа желудочно-кишечного тракта, нервной системы, почки.

Хром – в основном через органы дыхания ПДК – 0,0001мг/л. Соединяется с белками содержащими железо, белками печени, костного мозга, легких, вызывая рак легких и различные аллергии.

4)ЗАКРЕПЛЕНИЕ – ТАБЛИЦА

Название химического элемента

Биологическая роль в клетке

УГЛЕРОД

Входит в состав всех веществ: скелет их атомов углерода составляет их основу.

КИСЛОРОД

Для аэробных организмов служит окислителем в ходе клеточного дыхания, обеспечивая клетку энергией.

ВОДОРОД

Входит в состав всех органических веществ клетки. В наибольших количествах содержится в составе воды.

АЗОТ

Входит в состав белков, нуклеиновых кислот, аминокислот и

нуклеотидов.

СЕРА

Входит в состав серосодержащих аминокислот, витаминов и ферментов.

ФОСФОР

Входит в АТФ других нуклеотидов и нуклеиновых кислот. В состав зубной эмали.

МАГНИЙ

Входит в состав хлороформа.

КАЛЬЦИЙ

Участвует в свертывании крови, участвует в формировании костей и зубов, позвоночников и скелетов беспозвоночных.

ЦИНК

Входит в состав ферментов, участвующих в спиртовом брожении, в состав инсулина.

ЖЕЛЕЗО

Входит в состав гемоглобина, миоглобина. Хрусталики и роговицу глаз активная деятельность фермента.

ЙОД

Входит в состав тироксина – гормона щитовидной железы.

ФТОР

Входит в состав эмали зубов.

КАЛИЙ

НАТРИЙ

Участвует в проведении нервного импульса. Поддерживает осмотическое давление в клетках

5)Домашнее задание.

Напишите на выбор реферат по темам:

Алюминий \Железо \Кальций

Выставление оценок.

.

Радиус атомов металлов _______ радиуса атомов неметаллов. Во всех соединениях металлы имеют _______ степени окисления. При комнатной температуре металлы находятся в ________ агрегатном состоянии, за исключением ________.

Металлы обладают характерным ________. Они хорошо проводят ________ и ________.

Самый электропроводный Ме – ________ ,самый тугоплавкий Ме – ________ самый пластичный Ме  -________.
Б) Восстановите электронные формулы и определите, каким элементам они соответствуют

(2,8,1; 2,8,8,1; 2,8,2; 2,8,8,2).

Радиус атомов металлов _______ радиуса атомов неметаллов. Во всех соединениях металлы имеют _______ степени окисления. При комнатной температуре металлы находятся в ________ агрегатном состоянии, за исключением ________.

Металлы обладают характерным ________. Они хорошо проводят ________ и ________.

Самый электропроводный Ме – ________ ,самый тугоплавкий Ме – ________ самый пластичный Ме  -________.
Б) Восстановите электронные формулы и определите, каким элементам они соответствуют

(2,8,1; 2,8,8,1; 2,8,2; 2,8,8,2).

Радиус атомов металлов _______ радиуса атомов неметаллов. Во всех соединениях металлы имеют _______ степени окисления. При комнатной температуре металлы находятся в ________ агрегатном состоянии, за исключением ________.

Металлы обладают характерным ________. Они хорошо проводят ________ и ________.

Самый электропроводный Ме – ________ ,самый тугоплавкий Ме – ________ самый пластичный Ме  -________.
Б) Восстановите электронные формулы и определите, каким элементам они соответствуют

(2,8,1; 2,8,8,1; 2,8,2; 2,8,8,2).

Радиус атомов металлов _______ радиуса атомов неметаллов. Во всех соединениях металлы имеют _______ степени окисления. При комнатной температуре металлы находятся в ________ агрегатном состоянии, за исключением ________.

Металлы обладают характерным ________. Они хорошо проводят ________ и ________.

Самый электропроводный Ме – ________ ,самый тугоплавкий Ме – ________ самый пластичный Ме  -________.
Б) Восстановите электронные формулы и определите, каким элементам они соответствуют

(2,8,1; 2,8,8,1; 2,8,2; 2,8,8,2).

Радиус атомов металлов _______ радиуса атомов неметаллов. Во всех соединениях металлы имеют _______ степени окисления. При комнатной температуре металлы находятся в ________ агрегатном состоянии, за исключением ________.

Металлы обладают характерным ________. Они хорошо проводят ________ и ________.

Самый электропроводный Ме – ________ ,самый тугоплавкий Ме – ________ самый пластичный Ме  -________.
Б) Восстановите электронные формулы и определите, каким элементам они соответствуют

(2,8,1; 2,8,8,1; 2,8,2; 2,8,8,2).

В) Определите возможные химические реакции и запишите их.

FeSO4 + Ba(NO3)2  ZnSO4 + Cu 

Fe2O3 + AI  Na+ S 

В) Определите возможные химические реакции и запишите их.

FeSO4 + Ba(NO3)2  ZnSO4 + Cu 

Fe2O3 + AI  Na+ S 

В) Определите возможные химические реакции и запишите их.

FeSO4 + Ba(NO3)2  ZnSO4 + Cu 

Fe2O3 + AI  Na+ S 

В) Определите возможные химические реакции и запишите их.

FeSO4 + Ba(NO3)2  ZnSO4 + Cu 

Fe2O3 + AI  Na+ S 

В) Определите возможные химические реакции и запишите их.

FeSO4 + Ba(NO3)2  ZnSO4 + Cu 

Fe2O3 + AI  Na+ S 

Источник: https://infourok.ru/material.html?mid=104054

Биологическая роль металлов

Роль металлов в жизнедеятельности организмов: Металлы играют существенную роль в жизнедеятельности живых
Биология Ботаника

Биологическая роль металлов

В состав клеток живых организмов, в том числе и человека, входят металлы. Очевидно, что металлы необходимы клеткам тела человека для нормальной жизнедеятельности. Как избыток, так и недостаток металлов оказывает отрицательное влияние на организм, а некоторые металлы могут оказывать даже токсичное влияние.

Биологическая роль металлов и их токсическое действие

МеталлБиологическая рольТоксическое действие избытка металла
ЛитийДефицит лития в организме человека приводит к пси хическим расстройствамВызывает общую заторможенность, наруше ние дыхания и сердечного ритма, слабость, сонливость, потерю аппетита, жажду, рас стройство зрения, а также дерматит лица и рук
НатрийИоны натрия поддерживают у животных и человека нор мальную возбудимость мышечных клеток, участвуют в сохранении кислотно-основного баланса в организме, в регуляции сердечной деятельности (успокаивают), удерживают воду в организмеПриводит к нарушению водного баланса, сгу щению крови, вызывает дисфункцию почек, некоторые сердечно-сосудистые заболева ния, а также общее нарушение обмена ве ществ
КалийИоны калия регулируют белковый и углеводный обмен, влияют на процесс фотосинтеза и рост фрастений. Ка лий необходим для нормального функционирования всех мышц, особенно сердечной, способствует выде лению избыточного натрия, избавляя организм от лиш ней воды и устраняя отекиВызывает усиление двигательной активности, учащение сердечного ритма, нарушение угле водного, жирового и белкового обмена
МагнийСоли магния проявляют антисептическое и сосудорас ширяющее действие, понижают артериальное давление и содержание холестерина в крови, оказывают успокаи вающее действие на нервную систему, играют большую роль в профилактике и лечении рака, благотворно дей ствуют на органы пищеваренияПриводит к нарушению минерального обме на. Нарушение баланса обмена магния вызы вает повышенную смертность от сердечно сосудистых заболеваний и болезней желудоч но-кишечного тракта
КальцийИоны кальция необходимы для процессов кроветворе ния, обмена веществ, для уменьшения проницаемости сосудов, нормального роста скелета, благотворно влия ют на состояние нервной системы, оказывают проти вовоспалительное действиеПри избытке кальция возникает цистит. Если кальций попадает в организм в виде цемент ной пыли, то страдают органы дыхания, у детей снижается возбудимость нервной сис темы и обонятельного анализатора
СтронцийОказывает влияние на процессы костеобразованияПоражаются костная ткань, печень, кровь; на блюдаются повышенная ломкость костей, вы падение волос
АлюминийСодержится в легких, печени, костях, головном мозге; действует на пищеварительные ферменты и нервную системуПриводит к нарушению минерального обмена
ЦинкВходит в состав крови и мышечной ткани, является ка тализатором многих реакций, входит в состав инсули на, участвует в белковом обменеПри высоких концентрациях цинк — мутаген и онкоген. Вызывает заболевания костно-мышечной системы
КадмийБиологический конкурент цинка, снижает ак тивность пищеварительных ферментов, на рушает функцию поджелудочной железы, уг леводный обмен, поражает почки и тормо зит рост костей; увеличивает опасность пе реломов костей
РтутьПоражает центральную нервную систему, сосредото-чивается в почках, нарушая их дея тельность; также накапливается в клетках мозга и слизистой оболочке рта
БарийПоражает костную ткань, костный мозг и пе чень, нервную систему, приводит к хрупкости костей за счет вытеснения из них кальция
ТаллийПоражает периферическую нервную систе му, желудочно-кишечный тракт и почки. Биологический конкурент калия из-за сход ства между ионами; накапливается в воло сах, костях, почках и мышцах. Характерный признак отравления таллием — выпадение волос

Подпишитесь на рассылку:

Смотрите полные списки: Профессии

Поиск

Вики

Архив

Наука

Биология

Металлургия

Природа

Источник: https://pandia.ru/text/80/675/74970.php

Роль металлов в организме человека

Роль металлов в жизнедеятельности организмов: Металлы играют существенную роль в жизнедеятельности живых

» Файлы » Рефераты

Роль металлов в организме человека

10 Июня 2011, 02:24
  На грани химии, биологии и медицины возникла новая научная область бионеорганическая химия. Бионеорганическая химия рассматривает роль металлов в возникновении и развитии различных процессов в здоровом и больном организме, создаёт новые эффективные препараты на основе металлоорганических соединений, активно участвует в борьбе за сохранение здоровья людей и продление человеческой жизни. Особенно чутко организм реагирует на изменение концентрации микроэлементов, т.е. элементов, присутствующих в организме в количестве меньше одного грамма на 70кг массы человеческого тела. К таким элементам относятся медь, цинк, марганец, кобальт, железо, никель, молибден. Доказано, что с изменением концентрации цинка связано течение раковых заболеваний, кобальта и марганца заболевание сердечной мышцы, никеля процессов свёртывания крови. Определение концентрации этих элементов в крови позволяет иногда обнаружить ранние стадии различных заболеваний. Так, изменение концентрации цинка в сыворотке крови связано с протеканием заболевания печени и селезёнки, а концентраций кобальта и хрома некоторых сердечно-сосудистых заболеваний. По мнению специалистов, современное человечество, особенно в больших городах, живёт на грани скрытой нехватки многих элементов. В стрессовых ситуациях скрытая нехватка может стать явной и привести к появлению тяжёлых заболеваний. Так, например, скрытое течение рака может продолжаться от 5 до 40 лет, что, возможно, обусловлено постепенным изменением концентрации микроэлементов вследствие старения организма. С другой стороны, существуют предположения о том, что целенаправленное изменение концентрации различных элементов в организме может быть использовано для продления жизни человека. В настоящее время известно более ста химических элементов, однако только небольшое число из них входит в состав живого на планете Земля. 16 элементами жизни являются : 10 металлов (Na, K, Mg, Ca, Zn, Cu, Co, Mn, Fe, Mo) и 6 неметаллов (H, O, N, C, P, S), составляющих основу биологически важных молекул и макромолекул. Элементы, находящиеся в небольших количествах в живых организмах и растениях (B, Cr, F, Cl, Br, I). В организме человека уже давно и точно определился баланс оптимальных концентраций биологически важных соединений между их поступлением и выведением в результате жизнедеятельности. Исходя из современной квантомеханической интерпретации периодической системы, классификация элементов проводится в соответсвии с их электронной конфигурацией. Она основана на степени заполнения различных электонных орбиталей(s, p, d, f) электронами. В соответствии с этим элементы подразделяют на s-,p-, d-,f- элементы. В организме человека присутствуют в основном ионы лёгких металлов Na+,K+,Mg2+,Cu2+, относящихся к s-элементам, и ионы Mn2+,Fe2+,Co3+,Cu2+,Zn2+ относящиеся к d-элементам. И только содержащийся в организме тяжёлый d-элемент молибден (Мо) нарушает общую биогеохимическую установку построение биологических структур только из лёгких элементов. Все эти металлы встречаются в нашем организме в виде твёрдых соединений или в виде их водных растворов. Исследование физиологической роли металлов, а также их значения в диагностике, профилактике и лечении болезней является одним из новых направлений в медицинской науке. Процессы превращения (метаболические процессы ) протекают здесь наиболее интенсивно. Средняя продолжительность жизни большинства элементов крови составляет не более нескольких часов или суток.   К s-элементам относятся элементы I и II групп периодической системы. Значение s-элементов для организма огромно. Они участвуют в создании буферных систем организма, обеспечение необходимого астматического давления, возникновении мембранных потенциалов, в передаче нервных импульсов (Na,K), структурообразования (Mg,Ca). Натрий, Калий.   Ионы натрия и калия распределены по всему организму человека, причём первые входят преимущественно в состав межклеточных жидкостей, вторые главным образом находятся внутри клеток. Подсчитано, что в человеческом организме содержится 250г калия и 70г натрия. От концентрации обоих ионов зависит чувствительность (проводимость) нервов и сократительная способность мышц. Шок при тяжёлых ожогах обусловлен потерей ионов калия из клеток. Введение ионов калия способствует расслаблению сердечной мышцы между сокращениями сердца. Хлорид натрия служит источником для образования соляной кислоты в желудке. Гидрокарбонат натрия буферная соль поддерживает кислотнощелочное равновесие в жидких средах организма и служит переносчиком углерода. Лечение некоторых психических заболеваний основано на замене ионов K+ и Na+ на ионы Li+. Из солей натрия и калия наибольшее значение для медицины имеют следующие соединения: хлорид натрия (поваренная соль) NaCl. Раствор хлорида натрия (0.85-0.9 %)- физиологический раствор применяется для внутривенных вливаний при больших кровопотерях. Кроме того, хлорид натрия употребляется для ингаляций, ванн, душей, а также при лечении катаральных состояний некоторых слизистых оболочек. Гидрокарбонат натрия (пищевая сода) NaHCO3 белый кристаллический порошок. Применяется при повышенной кислотности желудочного сока, язвенной болезни желудка и двенадцатиперсной кишки, изжоге, подагре, диабете, катарах верхних дыхательных путей. Наружно употребляется как слабая щёлочь при ожогах, для полосканий, промываний и ингаляций при насморке, конъюктивитах, стоматитах, ларингитах и т.д. Магний, Кальций.   Магний и кальций находятся во II группе периодической системы Д.И.Менделеева и также относятся к s-элементам. По своим характеристикам их ионы в большей степени отличаются друг от друга, чем ионы натрия и калия. Так, ион магния по сравнению с ионом кальция проявляет большую тенденцию к образованию ковалентных донорно- акцепторных связей с различными электродонорными атомами (N,O),входящими в состав биологических макромолекул (белки, нуклеиновые кислоты). Это обуславливает большие структурообразующие свойства магния по сравнению с кальцием. Ионы Mg2+ образуют в клетках комплексы с нуклеинывыми кислотами, учавствуют в передаче нервного импульса, сокращении мышц, метаболизме углеводов. Магний можно назвать центральным элементом энергетических процессов, связанных с окислительным фосфорилированием. Избыток магния играет роль депрессора нервного возбуждения, недостаток вызывает тетамию (судороги). Активность большинства ферментов переноса (гирансфероз) зависит от магния. Магний один из основных активаторов ферментативных процессов. В частности, он активирует ферменты синтеза и распада аденозинтрифосфорной и гуаминтрифосфорной кислоты, участвует в процессах переноса фосфатных групп. Магний входит в состав хлорофилла; субъединицы рибосом (клеточных органоидов, на которых происходит синтез белка) связаны ионами Mg2+. Соддержание магния в организме около 42г. повышенное количество его в оргнизме может вызвать наркотическое состояние. Марганец принадлежит к весьма распространённым элементам, составляя 0,03% от общего числа атомов земной коры. Среди тяжёлых металлов (атомный вес больше 40), к которым относятся все элементы переходных рядов, марганец занимает по распространенности в земной коре третье место вслед за железом и титаном. Небольшие количества марганца содержат многие горные породы. Вместе с тем, встречаются и скопления его кислородных соединений, главным образом в виде минерала пиролюзита – MnO2. Большое значение имеют также минералы гаусманит – Mn3O4 и браунит – Mn2O3.   Соединения марганца в биологических системах Марганец весьма интересен в биохимическом отношении. Точные анализы показывают, что он имеется в организмах всех растений и животных. его обычно не превышает тысячных долей процента, но иногда бывает значительно выше. Например, в листьях свёклы содержится до 0,03%, в организме рыжих муравьёв – до 0,05%, а в некоторых бактериях даже до нескольких процентов Mn. Опыты с кормлением мышей показали, что марганец является необходимой составной частью их пищи. В организме человека больше всего марганца (до 0,0004%) содержит сердце, печень и надпочечники. Влияние его на жизнедеятельность, по-видимому, очень разнообразно и сказывается главным образом на росте, образовании крови и функции половых желёз. В избыточных против нормы количествах марганцовые соединения действуют как яды, вызывая хроническое отравление. Последнее может быть обусловлено вдыханием содержащей эти соединения пыли. Проявляется оно в различных расстройствах нервной системы, причём развивается болезнь очень медленно.   Кальций один из пяти (O, C, H, N, Ca) наиболее распространенных элементов в организме человека. его в организме составляет около 1700г на 70кг массы. Ионы Ca2+ участвуют в структурообразовании (Ca составляет основу костной ткани), сокращении мышц, функционировании нервной системы. От содержания ионов Ca2+ зависит проницаемость клеточных мембран. Кальций нужен для роста костей и зубов, образования молока у кормящих женщин, регулирования нормального ритма сокращений сердца, а также осуществления процесса свёртывания крови. Свёртывание крови можно ускорить, вводя в организм избыточное количество солей кальция, например при кровотечении. Ежедневная доза кальция, необходимая организму, составляет примерно 1г. При понижении содержания Ca в крови он начинает вымываться кровью из костной ткани, что в свою очередь приводит к размягчению и искривлению костного скелета. Недостаток Ca в плазме крови может вызвать судороги мышц и даже конвульсии (сильные судороги всех мышц). Образование камней в желчных и мочевыводящих путях, склеротические изменения кровеносных сосудов также связаны с отложением в организме солей Ca в результате нарушения нормальной жизнедеятельности организма. Из соединений Ca и Mg имеют большое значение следующие: Гидроксид Ca (гашёная известь) Ca(OH)2 используется в санитарной практике для дезинфекций. Кроме того, в форме известковой воды (насыщенный водный раствор Ca(OH)2) применяется наружно и внутрь в качестве противовоспалительного, вяжущего и дезинфицирующего средства. Сульфат магния (горькая соль) MgSO47H2O применяется внутрь как слабительное. Сульфат Mg применяют также при лечении столбняка, хори и других судорожных состояний. При гипертонии его вводят в вену, а как желчегонное в двенадцатиперстную кишку. Хлорид кальция CaCl2 применяют как успокаивающее средство при лечении неврозов, при бронхиальной астме, туберкулёзе. Жжёный гипс 2CaSO4H2O получается путём прокаливания природного гипса CaSO42H2O при 150-180 0С. При замешивании с водой он быстро твердеет, превращается опять в кристаллический гипс CaSO42H2O. На этом свойстве основано применение его в медицине для гипсовых повязок при переломах костей. Карбонат кальция CaCO3 практически нерастворим в воде. Применяется внутрь не только как кальциевый препарат, но и средство, адсорбирующее и нейтрализующее кислоты. Особо чистый препарат идёт также для изготовления зубного порошка. d-элементы.    Ионы d-элементов (Zn, Mn, Fe, Cu, Co, Mo, Ni) имеют незаполненные d-электронные слои. Это обуславливает различные степени окисления d-элементов, их способность участвовать в различных окислительно-восстановительных превращениях, возможность образовывать комплексные соединения. По сравнению с рассмотренными выше s-элементами, d-элементы содержатся в организме в значительно меньших количествах. Однако их роль в течении физиологических и патологических процессов в организме человека огромна. Цинк.   Цинк входит в состав большого числа ферментов и гормона инсулина. В последние годы Zn особенно “повезло” в смысле обнаружения его новых физиологических функций. Доказано, что он необходим для поддержания нормальной концентрации витамина А в плазме. Дефицит Zn вызывает замедление роста животных, нарушение кожного и волосяного покрова. Высказано предположение, что постоянный недостаток цинка в рационе очень разнообразно и сказывается главным образом на росте, образовании крови и функции половых желёз. В избыточных против нормы количествах марганцовые соединения действуют как яды, вызывая хроническое отравление. Последнее может быть обусловлено вдыханием содержащей эти соединения пыли. Железо.   В организме человека железо встречается в виде двух катионов: Fe2+ и Fe3+. Оно в основном входит в состав гемоглобина, содержащегося в эритроцитах (80% от количества). Таким образом, общее содержание железа определяется главным образом объёмом крови. Кроме того, в организме существует депонированное (запасное) железо в виде высокомолекулярного железосодержащего белка (ферритина), находящегося в клетках печени и селезёнки. Клеточный фонд железа представляет железо клеточных ферментов дыхания, а в мышцах железо гемоглобина. Обмен железа между плазмой крови и лимфой происходит при помощи транспортного белка (трансферрина). Одна молекула трансферрина связывает 2 атома железа. Основной путь обмена железа таков: железо плазмы железо эритроцитовгемолиз железо плазмы. Обычно среднее содержание железа в организме не превышает 5 г. В случае потерь крови потребность в железе превышает его поступление в организм с пищей. При внутривенных инъекциях железо вводится в виде аскорбата, цитрата или коллоидных комплексов с углеводами, т.е. в виде слабо ионизированных соединений. Кобальт.   Катион кобальта Co2+ входит в состав важных белковых молекул, активирует действие ряда ферментов. Комплекс трёхвалентного кобальта Co3+ составляет основу одного из важнейших витаминов В12. Значительный недостаток этого витамина в организме вызывает злокачественную анемию. Полагают, что дефицит Со в тканях снижает способность организма защищаться от различных инфекций. Считается, что человеческий организм реагирует на недостаток в нём кобальта в меньшей степени, чем на недостаток других элементов. Однако окончательного ответа на этот вопрос ещё нет, так как нет ещё полных данных о накоплении (депонировании) витамина В12 в тканях организма человека. Медь.   Важное биологическое значение имеют катионы Cu+ и Cu2+. В таком виде медь входит в важнейшие комплексные соединения с белками (медь-протеиды). Медь-протеиды, подобно гемоглобину, участвуют в переносе кислорода. Число атомов меди в них различное: 2- в молекуле цереброкуперина, участвующего в хранении запаса кислорода в мозгу, и 8- в молекуле церулоплазмина, способствующего переносу кислорода в плазме. Медь активирует синтез гемоглобина, участвует в процессах клеточного дыхания, в синтезе белка, образовании костной ткани и пигмента кожных покровов. Ионы меди входят в состав медьсодержащих ферментов. Наиболее используемым в медицине соединением меди является сульфат меди CuSO4 • 5H2O, называемый медным купорсом. Сульфат меди (II) обладает вяжущим и прижигающим действаием. Применяется в виде глазных капель при отравлении белым фосфором. Все соли меди ядовиты, поэтому медную посуду лудят, т.е. покрывают слоем олова, чтобы предотвратить возможность образования медных солей. Молибден.   В соответствии с конфигурацией и строением незаполненных слоёв молибден может реализовать восемь различных степеней окисления. В биологических системах Мо обнаружен в виде Мо+6, Мо+8 и реже Мо+3, Мо+4. Возможно, это разнообразие форм существования и явилось причиной того, что это самый тяжёлый биометалл используется наряду с лёгкими элементами для построения живых организмов. Физиологическая и патологическая роль молибдена в настоящее время только изучается. Мо входит в состав ряда ферментов. На примере молибдена можно проследить связь и взаимовлияние метабиологической активности микроэлементов. Избыток молибдена приводит к уменьшению концентрации меди и кобальта. Непосредственное взаимодействие между Мо и Сu может приводить к образованию в желудочно-кишечнем тракте труднорастворимого соединения CuMoO4. Никель.   Биологическая роль: никель относится к числу микроэлементов, необходимых для нормального развития живых организмов. Однако о его роли в живых организмах известно немного. Известно, что никель принимает участие в ферментативных реакциях у животных и растений. В организме животных он накапливается в ороговевших тканях, особенно в перьях. Повышенное содержание никеля в почвах приводят к эндемическим заболеваниям — у растений появляются уродливые формы, у животных — заболевания глаз, связанные с накоплением никеля в роговице. Токсическая доза (для крыс) — 50 мг. Особенно вредны летучие соединения никеля, в частности, его тетракарбонил Ni(CO)4. ПДК соединений никеля в воздухе составляет от 0,0002 до 0,001 мг/м3 (для различных соединений).   Как оградить себя от воздействия тяжелых металлов?   Атмосфера промышленных городов загрязнена выбросами в атмосферу тяжелых металлов. Их поставляют цветная металлургия, стекольное и гальваническое производство, выхлопы автотранспорта.… В организме человека накапливаются вредные для него вещества. Они нарушают его работу. Часто на организм оказывают влияние не один, а несколько компонентов- свинец, марганец, хром, мышьяк, кадмий.   Считается, что расстояние в 1 километр – это зона сильного влияния, а 5 км и более – минимального влияния. В организме ребенка, живущего недалеко от промышленного предприятия с рождения, уже к 5 годам накапливается достаточная доза вредных веществ. Раньше всего начинают наблюдаться нарушения со стороны центральной нервной системы. Как правило, такие дети очень неусидчивы и рассеянны. Если человек переселяется из опасной зоны, концентрация тяжелых металлов в крови постепенно снижается. От “осевшего” в волосах можно избавиться состриганием. А вот от попавшего в кости и ЦНС – нельзя. У беременных тяжелые металлы могут влиять на плод.   Если ребенок играет на загрязненной детской площадке, то его руки, игрушки, одежда тоже загрязняются. Грязь попадает в организм ребенка, токсические вещества – в кровь. Тут нужно уделять особое внимание вопросам гигиены. Самое простое – мытье рук. Оно снижает концентрацию тяжелых металлов на поверхности ладоней почти в 10 раз!   Если ваше жилье расположено поблизости от предприятия, то окна вашей квартиры надо чаще мыть и тщательней изолировать. В этом случае помогут герметичные стеклопакеты. Кроме того, нужно всеми возможными средствами бороться с пылью: на пылевые частицы оседают все вредные вещества, которые находятся в воздухе. Необходимо чаще проводить влажную уборку с моющими средствами. Использовать пылесос с мелкими фильтрами. Отчасти могут помочь увлажнители и озонаторы.   Для выведения из организма накопившегося свинца необходимо как можно чаще употреблять в пищу молочные продукты, содержащие кальций. Поэтому и рекомендуется всем, кто подвержен воздействию воздуха, загрязненного свинцом, пить молоко и употреблять больше молочных продуктов. Очень важно, чтобы в продуктах питания содержалось большое количество клетчатки. Нужно больше есть овощей, фруктов и зерновых продуктов. Тогда тяжелые металлы будут оседать в желудочно-кишечном тракте, и выводиться из организма, не всасываясь. Пища не должна быть жирной. Полезны витамины и антиоксиданты. Врач может назначить лекарственные средства и биологически активные добавки, так называемые энтеросорбенты.
Категория: Рефераты | Добавил: Admin | металлы, химия, организм, Роль
60235 | Загрузок: 0

Источник: http://mugalim.ru/load/referaty/rol_metallov_v_organizme_cheloveka/5-1-0-31

Презентация

Роль металлов в жизнедеятельности организмов: Металлы играют существенную роль в жизнедеятельности живых

Презентация используется для изучения роли металлов в организме.

Биологическая роль металлов и неметаллов в жизнедеятельности живых организмов

Подготовил ученик 10 «Г» класса

Рахимжанов Нурлан

Роль металлов в жизнедеятельности живых организмов

  • В организме человека находятся 81 химический элемент из 92,  встречающихся в  природе.
  • Организм человека состоит на 60% из воды, 34% приходится на органические вещества и 6% – на неорганические.
  • Человеческий организм – сложная химическая лаборатория. Трудно себе представить, но ежедневно наше самочувствие,  настроение и даже аппетит могут зависеть от минеральных веществ. Без них бесполезными оказываются витамины, невозможны синтез и распад белков, жиров и углеводов.    Например, если вес человека составляет 70 кг, то в нем содержится (в граммах): кальция – 1700, калия – 250, натрия – 70, магния – 42, железа – 5, цинка – 3.    Очевидно, что металлы необходимы клеткам тела человека для нормальной жизнедеятельности. Как избыток, так и недостаток металлов оказывает отрицательное влияние на организм, а некоторые металлы могут оказывать на него токсичное действие.

Fe

  • Железо входит в состав гемоглобина, является кофактором каталозы – фермента разрушающего пероксид водорода и оберегающего клетки от его повреждающего действия.
  • При недостатке железа нарушается азотистый, жировой и жировой обмен, развивается анемия.
  • У растений заболевание хлороз – обесцвечивание листьев. Ежедневная потребность железа около 12 мг.

Са

  • Кальций потребность для взрослых 0,8 -1 г, для детей 0,6 -0,9 г в сутки.
  • Кальций основной компонент костей. Ионы кальция передают возбуждение на мышечное волокно, вызывая ее сокращение, увеличивает силу сердечных сокращений, повышает фагоцитарную функцию лейкоцитов, активизирует защитную функцию белков, кальций влияет на проходимость сосудов – без этого элемента жиры, липиды и холестерин осели бы на стенках сосудов и закупорили бы их. Он способствует выведению из организма тяжелых металлов. Ионы кальция обеспечивают постоянство осмотического давления крови. Он способствует свертыванию крови при ранениях. В растениях он играет большую роль в работе устьиц. Обмен кальция и его поступления в кость регулируется витамином Д.

Са

  • При недостатке кальция происходит вымывание его из костей, образуются камни в костях. Никотин, кофеин, алкоголь являются одним из причин недостатка кальция, т.к. способствуют его интенсивному выведению мочой.
  • Недостаток в кальции вызывает увеличение свертываемости крови, уменьшению усвояемости цинка, клетками костной ткани, появление остеоартрита, катаракты, артериального давления.

K, Na

  • Калий участвует в формировании костной ткани, участвует в поддержании нормальной проницаемости наружных мембран, для образования ряда ферментов, для поддержания сердечного ритма, участвует в работе нервной ткани. В человеческом организме до 0,25 г. Суточная потребность 2-5 г.
  • Натрий . Суточная потребность 0,1 -3,3 г. Натрий входит внутренний и внешний слой мембраны клетки для возникновения электрического мембранного биопотенциала.
  • При недостатке натрия возникают колики, судороги, нарушения кровообращения, слабость снижение давления, может быть обморок.

Zn

  • В небольших количествах входит Mn, Co, Ni, Cn, Zn, AL, Cv, Ux потребность колеблется от 300 мг до 0,2 мг в сутки.
  • Цинк входит в состав ферментов. его в человеческом теле 2-3 г. Используется для приготовления глазных капель, кожных мазей.

Mn, Co

  • Марганец . его в человеческом теле 12-20 мг. Недостаток его сказывается на рост длинных костей, на мышечный тонус, на образование хрящевой ткани.
  • Кобальт . 4-10 мг. Он участвует в синтезе мышечных белков, нервных волокон, на усвоение кальция и фосфора, способствует включению иона железа в молекулу гемоглобина. Способствует углеводному обмену.

Ni, Cu

  • Никель . 14 мг. В небольших количествах активирует пищеварительные ферменты. Много его в табачном дыме. В больших количествах он притупляет работу пищеварительных ферментов, влияет на зрение (кератины, керато-коньюктивиты). Влияет на работу кроветворительных органов.
  • Медь участвует в фотосинтезе, участвует в усвоении азота. меди 80 мг. Участвует в тканевом дыхании, влияет на образование миелина, оказывает влияние на метаболизм витаминов В 1 , С, Ф, а также усвоение йода. Входит в состав некоторых ферментов. Роль алюминия достаточно не изучена. Известно, что в организме человека больше всего в легких (5,19 мг), в костях (0,5 мг), в головном мозге (0,25 мг), в почках (0,1 мг), в крови (0,06 мг).

Тяжелые металлы

  • Тяжелые металлы способны соединятся белком довольно прочно, нарушать тем самым работу ферментов.
  • Hg  – энергично соединяется с группами HS  – сосредотачивается в почках нарушает их работу – отеки.
  • Кадмий – задерживается в почках, печени, поджелудочной железе и щитовидной, нарушая тем самым их работу.
  • Свинец – вызывает сильнейшее отравление, поражение десен, заболевание почек, нервной системы.
  • Талий – поражение десен, выпадение волос, нарушается работа желудочно-кишечного тракта, нервной системы, почки.
  • Хром – в основном через органы дыхания ПДК – 0,0001мг/л. Соединяется с белками содержащими железо, белками печени, костного мозга, легких, вызывая рак легких и различные аллергии.

Роль неметаллов в жизнедеятельности живых организмов

  • Живые организмы предпочитают соединения тех элементов, которые способны образовывать достаточно прочные, но в то же время лабильные связи. Именно поэтому органогеном №1 является углерод. Водород и кислород – гораздо менее лабильные атомы, но они образуют устойчивую и уникальную среду существования для соединений остальных элементов – воду – и обеспечивают протекание и кислотно-основных, и окислительно-восстановительных процессов.

Кислород

  • Кислород – это элемент, обеспечивающий жизнь на Земле. В атмосфере находится около 20,8% кислорода. Без кислорода невозможны многочисленные и чрезвычайно важные жизненные процессы, в особенности дыхание. В живых организмах кислород расходуется на окисление различных веществ, причем главный процесс – реакция кислорода с атомами водорода с образованием воды, в результате которой выделяется значительное количество энергии.

Углерод

  • Углерод по своему содержанию в организме (21%) и значению для живых организмов – один из важнейших органогенов. Простейшие соединения углерода, например, свободный углерод в виде сажи и его оксид СО, токсичны для человека. Длительный контакт с сажей или угольной пылью вызывает рак кожи. Мельчайшая пыль угля вызывает изменение структуры легких, а значит, нарушает их функции. Углекислый газ СО2 присутствует в биосфере как продукт продуктов дыхания и окисления.

Водород

  • Водород присутствует в природе в виде воды и многочисленных органических соединений. Вода – главная среда жизнедеятельности организма. Вода обладает высокой удельной теплоемкостью и, вследствие медленного теплообмена с окружающей средой, обеспечивает поддержание постоянной температуры тела. В водной среде за счет буферных систем (карбонатной, фосфатной и гемоглобиновой) поддерживается кислотно-основной баланс организма.

Азот

  • Азот присутствует в живых организмах в виде разнообразных органических соединений: аминокислот, пептидов, пуриновых оснований и др., а также в виде свободного N2, поступающего с вдыхаемым воздухом. Молекулы NO способны проникать в клетки стенок кровеносных сосудов и регулировать кровоток; кроме того, NO контролирует секрецию инсулина, почечную фильтрацию, и др. Вдыхание паров аммиака NH3 в больших количествах вредно, так как аммиак создает сильнощелочную среду на поверхности слизистых оболочек гортани и легких, что вызывает их раздражение и отек.

Галогены

  • Галогены Из галогенов важнейшим биоэлементом является хлор (0,1% по массе).
  • Хлор находится преимущественно во внеклеточной жидкости. Хлорид-ионы принимают участие в формировании буферной системы крови, регулируют осмотическое давление в водно-солевом обмене, способствуют отложению гликогена в печени, поддерживают высокую кислотность в желудке . Недостаток йода вызывает заболевание гипотиреоз, при котором разрастается эндемический зоб. Ионы F- присутствуют в организме в костной и зубной тканях в виде фторапатита.

Источник: https://videouroki.net/razrabotki/priezientatsiia-biologhichieskaia-rol-mietallov.html

Medic-studio
Добавить комментарий