Химия биогенных элементов

энергетическом уровне 1-2 электрона
Легко отдают валентные электроны – сильные восстановители

Имеют малые значения энергии ионизации при относительно больших радиусах атомов и ионов
Большинство природных соединений Na, K, Mg, Ca, Sr растворимы в воде и слабых кислотах

металлами:
образование иона Н+
восстановительная способность
взаимодействие с металлами
Сходство с галогенами:
газообразное состояние

при обычных условиях
двухатомная молекула Н2
неполярная связь в молекуле
полярная связь в соединении с неметаллами
образование гидрид-иона Н- в соединении с металлами NaH, CаН2

1%
Входит в состав нефти, природных газов, глины, торфа, соединений, слагающих

угли
Содержание водорода в организме составляет около 10%
Входит в состав важнейших биологически активных химических соединений: белков, жиров, углеводов и воды

используется в качестве метки, вводимой в различные лекарственные препараты для

исследования их фармакокинетики

свободном виде, он соединяется с другими атомами и молекулами
с водой

H+ образует ион оксония H3O+
с другими веществами:
+H+ +
H2NCHCOO- H3NCHCOO-
| |
R R
в организме человека в соединениях с С, N, S водород ковалентно связан

постоянной концентрации ионов водорода
Перенос водорода по биохимической цепочке организма –

один из фундаментальных процессов живой природы
Содержащиеся в желудочном соке H3O+ проявляют
противомикробное действие – убивают многие микроорганизмы, занесенные в желудок с пищей
каталитическое действие – при их участии гидролизуются белки, полисахариды и др. биоорганические соединения

продукта его восстановления – воды
При обработке ран, выделяющийся кислород:
Оказывает

противомикробное, дезодоририрующее и депингментирующее действие, убивая микробные тела
Образует пену, способствуя переходу частиц тканевого распада во взвешенное состояние и очищению ран
В качестве фармакопейного препарата используется 3%-ный водный раствор H2O2, 6%-ный раствор H2O2 применяют для обесцвечивания волос
В виде 30%-ного раствора H2O2 – при лечении бородавчатой формы красного плоского лишая и для удаления юношеских бородавок

в среднем содержится 65-67% (42 л), у эмбрионов (4-месячных) –

94%, у новорожденных – 74%
В различных органах и тканях : от 20% в костях, до 85% в тканях головного мозга
В биологических жидкостях: в желудочном соке – 99,5%, в плазме крови – 92%, в лимфе – 90%
Основная масса (70%) находится внутри клеток в составе клеточной протоплазмы. Остальное количество – это внеклеточная вода

в среднем 2,5 литра:
1,2 литра - питьевая вода
1 л –

вода, поступившая с пищей
0,3 л – вода, которая образуется в самом организме
У детей потребность в воде значительно выше (у взрослого человека она равна 40 г на 1 кг, а у ребенка – 150-160 г).
При недостаточном поступлении воды в организм, часть отработанных продуктов жизнедеятельности остается в организме, что может вызвать его отравление. Потеря 10-20% общего количества содержащийся в организме воды может закончится смертью

выведения воды из организма
У человека 1 л воды всасывается в

течение 22-25 мин
В кишечнике человека в среднем за день всасывается 8-10 л воды, из которых более 2 л имеют «внешнее происхождение»

в сутки проходит более 1000 л крови. Из профильтрованной в

клубочках жидкости меньше 1% выделяется почками в виде мочи (более 500 мл)
С калом: 0,1-0,2 л/сут
С выдыхаемым воздухом: 0,4 л/сут
С потом: 0,6-0,65 л/сут
Немного воды выделяют слезные железы, она теряется с капельками слюны при разговоре, кашле и т.д.

питья и в составе пищевых продуктов – экзогенная
вода, которая образуется

в процессе обмена веществ – эндогенная
(около 0,3 л)

жизнедеятельности – при распаде белков, жиров и углеводов
При окислении 100

г жиров образуется 107 мл воды, 100 г углеводов – 55 мл
Жировые отложения у курдючных пород овец и верблюда

газообразных веществ
Вода – среда и непосредственный участник многообразных физиологических и

биохимических реакций (гидролиз, гидратация, набухание)
Транспортная система – перенос питательных веществ, энзимов, продуктов метаболизма, газов антител
Необходима для образования секретов и экскретов (ежесуточно в просвет ЖКТ выделяется 1500 мл слюны, 2500 мл желудочного сока, 700 мл сока поджелудочной железы, 300 мл кишечных соков)
Вода принимает участие в процессах терморегуляции

идет на образование и разрыв водородных связей
Вода предохраняет клетку от

резких изменений температуры
Она обладает способностью поглощать большое количество тепла при переходе из жидкого состояния в парообразное, что позволяет организму освобождаться от избытка теплоты путем испарения.
Высокая теплопроводность воды создает возможность равномерного распределения теплоты между тканями организма

категории воды: «связанную» и «свободную»
«Связанная» вода (структурированная) – образовавшая гидратную

оболочку высокомолекулярных соединений. Ее структура регулярна и стабильна. Стабилизированная вода на поверхности белковых молекул по структуре напоминает лед. Она не вымораживается, не может служить растворителем
«Свободная» вода (жидкая) – та часть воды, которая не ассоциирована с макромолекулами и сохраняет все свойства чистой воды

размеров последних, что может приводить и к существенной модификации их

свойств.
Содержание связанной с белками воды определяет устойчивость растительных и животных организмов к различным воздействиям. Пространственная структура белков является результатом взаимодействия структурных элементов белка с молекулами воды

лекарственных форм, применяемых внутрь и наружно.
Она содержит пирогенные вещества,

которые при введении парентерально могут вызывать повышения температуры
Растворы для инъекций готовят на дважды дистиллированной (апирогенной) воде

состав и физические свойства которых позволяют применять их в лечебно-профилактических

целях
Минеральные вещества – анионов хлора, сульфата, гидрокарбоната и катионов натрия, магния, кальция.
Газы: азот, метан, углекислый газ, реже – сероводород
Биологически активные компоненты и микрокомпоненты: гидросульфид, бром, йод, мышьяк, железо, кремниевая кислота, гидросиликат, углерод органический и некоторые другие
Суммарное содержание всех указанных выше веществ составляет минерализацию вод
Минеральные воды для наружного применения часто обладают высокой минерализацией и нередко обогащены специфическими компонентами.
Питьевые минеральные воды имеют обычно небольшую минерализацию (2-12 г/л) и оказывают лечебное действие благодаря своему ионному составу

близость физико-химических свойств, довольно существенно отличаются по своим физиологическим свойствам

и кинетике обмена в организме
Общим для них является:
полное всасывание из ЖКТ
экскреция преимущественно с мочой
очень быстрое удаление из кровяного русла
сравнительно равномерное распределение по органам и тканям
относительно быстрое выведение из организма

Cs – микроэлементы
Na и К – жизненно необходимые элементы
Li,

Rb, Cs – примесные микроэлементы

1·10-3 до 6,9·10-3%
Общее содержание Li в организме 1·10-4%
Распределяется в организме

сравнительно равномерно:
В печени
В плазме
В эритроцитах
Мышцах
Нервных клетках

человека поступает 2 мг Li
Соли Li быстро всасываются в кровь
С

мочой и калом выделяется 0,8 и 1,2 мг соответственно
Небольшие количества Li теряются с волосами, ногтями и потом

на 50% больше, чем рацион с белым хлебом
Концентрация Li в

моче в 25 раз выше, чем в сыворотке крови
Li успешно конкурирует с Na в процессах реабсорбции в канальцах почек

мышечных клетках
Li влияет на водно-электролитный обмен в головном мозге.
Препараты Li

способны снимать возбуждение у психических больных

виде соединений
Хотя распространенность Na и K в земной коре почти

одинакова, растения содержат натрия почти в 10 раз меньше, чем калия

(0,08%):
44% - во внеклеточной жидкости
9% - во внутриклеточной
Остальное количество –

в костной ткани
В организм взрослого человека поступление Na с пищей и жидкостями составляет 4,4 г/сут
Основное количество Na выделяется с мочой (3,3 г) и потом (0,1 г), другими жидкостями (0,13 г) и волосами (0,0001 г)

более 90% всех катионов плазмы
Na участвует в поддержании осмотического давления

внеклеточных жидкостей, нормальной деятельности сердечной мышцы, нервно-мышечной возбудимости (в равновесии с ионами K+), оказывает влияние на способность белковых коллоидов к набуханию

атомов земной коры
Растения содержат K примерно в 10 раз больше,

чем Na
Концентрация K в органах и тканях млекопитающих в 30 раз выше, чем в морской воде

70 кг содержится 140 г K (0,2% массы тела)
Из общего

его количества в организме почти 98,5% находится внутри клеток и лишь 1,5% - во внеклеточной жидкости
В крови K распределен неравномерно: в плазме его содержание значительно меньше, чем в эритроцитах

человека составляет 3,3 г / сут
Большая часть K выводится через

почки
Выведение с калом – 0,36 г/сут
Суточное выделение с потом – 130 мг

экзогенных импульсов, воспринимаемых клетками периферической и центральной нервной системы
Участвует

в поддержании осмотического давления, кислотно-основного состояния, в процессах обмена в клетке
Активирует ряд ферментов внутриклеточного метаболизма
С участием K+, содержащихся в эритроцитах, происходит перенос кислорода гемоглобином

Na+ внутри клетки примерно в 15 раз меньше, чем во

внеклеточной жидкости
Концентрация K+ приблизительно в 35 раз выше внутри клетки, чем вне ее
Работа натрий-калиевых насосов:

и щелочной гидролиз белков:
Н O

Н Н Н Н
| || | | H2O | |
R1 – C – C – N – C – COO-  R1 – C – COO- + R2 – C – COO-
| | OH- | |
NH3+ R2 NH3+ NH3+

Rb (10-5%), Cs (10-4%)
Rb, как аналог K, накапливается во внутриклеточной

жидкости и может замещать К в различных процессах
Rb – синергист К, активирует многие те же самые ферменты
Радиоактивные изотопы 137Cs и 87Rb используют в радиотерапии злокачественных опухолей

и Ba
Жизненно необходимые элементы: Mg и Ca
Примесные (аккумулирующиеся):

Be, Sr и Ba

и жидкостями поступает 12 мкг/сут
С воздухом выделяется < 0,01 мкг/сут
Основное

количество Be выделяется с мочой: 1 мкг/сут
С фекалиями - 10 мкг/сут
Другими путями - 1 мкг/сут

Mg2+ с кислородосодержащими лигандами, фторидами
Be2+ подавляет активность ферментов
высокопрочные комплексы

Be с фосфатами хорошо растворимы
возникает заболевание «бериллиевый рахит»
Mg и Be – антагонисты, т.е. добавление одного элемента приводит к вытеснению другого (при отравлении солями Be вводят избыток солей Mg)

Mg – основной внутриклеточный ион
Значительная доля Mg поступает с

растительной пищей (в хлорофилле содержится около 2% Mg)
В организм взрослого человека поступает 0,16-0,41 г/сут Mg
Из ЖКТ всасывается в кровь 0,3 г поступающего Mg
Благоприятно влияет на всасывание Mg молоко и казеин
С мочой выделяется 30% поступающего Mg
С калом – 15-25% поступающего Mg
Остальное количество – с потом и волосами

процессов
В митохондриях клеток Mg2+ активируют процессы окислительного фосфорилирования
Ионы Mg2+, в

противоположность Ca2+, снижают возбудимость нервных окончаний

3,6% массы земной коры
Соли кальция содержатся в молоке и молочных

продуктах
В организме взрослого человека содержание Ca – 20 г на 1 кг массы тела
Основная часть Ca (90%) – в костной и хрящевой тканях

1,1 г/сут
Всасывание из пищи в кровь: 0,12-0,7 (в среднем 0,3

г)
На всасывание Ca влияют витамин D (), лактоза(), белки(), жиры ()
Из общего количества усвоенного Ca 2% всасывается в желудке, 15% - в 12-перстной кишке, 23% в тощей и 60% в подвздошной
С мочой и калом выделяется 0,18 и 0,74 г/сут
С потом – 32 мг/сут

неорганической фракции костной ткани
Уменьшение проницаемости мембран и снижение способности тканевых

коллоидов связывать воду
Участие во всех стадиях свертывания крови
Активация ферментов: актомиозин-АТФаза, лецетиназа, сукцинатдегидрогеназа
Стабилизация трипсина поджелудочной железы

среднем взрослый человек должен потреблять 1 г Ca, хотя потребность

в кальции составляет только 0,5 г
Ca, вводимый с пищей, только на 50% всасывается в кишечнике

1,3-2,2 мг/сут
Соединения Sr хорошо всасываются из ЖКТ
С возрастом всасывание Sr


С мочой выделяется 0,24-044 мг/сут
C калом – 0,59-2,97 мг/сут
С потом – 0,02 мг/сут
С волосами: < 0,2 мкг/сут

Ca, может замещать его ионы в костной ткани
В результате замещения

возникает «стронциевый» рахит – повышенная ломкость костей

на них травы ядовиты для животных
В морской воде – Ba

в 4000 раз меньше, чем Sr
Содержится в глазах многих видов рыб, животных и человека

скелете 20 мг)
В незначительных количествах – во всех оболочках и

средах глаза (особенно важен для функции сетчатки)
С пищей и жидкостями поступает 0,75 мг/сут
C водой поступает 82 мкг/сут
С воздухом поступает 0,09-26 vru
Всасывание в ЖКТ: 0,06%
Выведение с калом в 14 раз больше, чем с мочой

Ca
Образует очень прочный и малорастворимый Ba3(PO4)2 в костной ткани,

нервных клетках и мозговом веществе