Биологическая роль металлов

ВВЕДЕНИЕ
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, среди этих элементов большое значение имеют такие металлы, как:
- медь,
- цинк,
- марганец,
- кобальт,
- железо,
- никель,
- молибден.
Биологическое значение данных металлов очень велико, например, изменение концентрации цинка влияет на течение раковых заболеваний, а содержание кобальта и марганца воздействует на заболевание сердечной мышцы.
Мнение специалистов таково, что современные люди живут в состоянии нехватки многих металлов в организме. В обычном состоянии это может быть незаметно, но в стрессовых ситуациях скрытая нехватка может стать явной и привести к появлению тяжёлых заболеваний.
Доказано, что скрытое течение рака у человека может продолжаться в течении сорока лет, а то, по мнению специалистов, может быть связано с постепенным изменением концентрации ионов металлов вследствие старения организма.
Есть предположения о том, что целенаправленное изменение концентрации различных металлов и других элементов в организме может быть использовано для продления жизни человека.
Цель работы: охарактеризовать биологическую роль металлов.
Для достижения цели решался ряд задач:
- общая характеристика металлов, содержащихся в организме человека и их классификации,
- рассмотрение биологической роли макрометаллов,
- описание биологического значения микрометаллов.

1 Общая характеристика и классификация металлов человеческого организма
1.1 Общая характеристика
В настоящее время известно более ста химических элементов, однако только небольшое число из них входит в состав живого на планете Земля.
В последние годы все сильнее подтверждается важная биологическая роль большинства металлов. Многочисленными исследованиями установлено, что влияние металлов весьма разнообразно и зависит от содержания в окружающей среде и степени нуждаемости в них организма человека.
Главными элементами жизни являются 10 металлов:
- натрий,
- калий,
- магний,
- кальций,
- цинк,
- медь,
- кобальт,
- марганец,
- железо,
- молибден.
Эти металлы являются составляющими биологически важных молекул и макромолекул.
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 соответствии с их электронной конфигурацией. Она основана на степени заполнения различных электонных орбиталей(s, p, d, f) электронами.
В соответствии с этим металлы подразделяют на:
- s- элементы,
- d- элементы,
- f- элементы.
В организме человека присутствуют в основном ионы лёгких металлов – это группа s-элементов:
- Na+
- K+
Mg2+
-Cа2+.
К d-элементам относят:
- Mn2+
-Fe2+
Co3+
,Cu2+
-Zn2+
- Мо 2+.
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.
Живой организм-это открытая система, которая получает из окружающей среды все необходимое для жизнедеятельности. Все металлы поступают в организм с продуктами питания. В продуктах различное содержание металлов.
Содержание природного натрия в пище относительно невелико от 15 до 80 мг. Однако в этих количествах натрий находится практически во всех пищевых продуктах.
Практически из всех продуктов железо усваивается очень плохо (иногда в организм попадают лишь доли процента железа, содержащегося в пище). Из мясных продуктов усваивается легче. Больше всего железа в мясе млекопитающих – говядине. Наиболее богаты железом:
- персики,
- абрикосы,
- зелень петрушки,
- яблоки,
- овсяная крупа.
Основными продуктами, в которых содержание цинка максимально, являются:
- сыр,
- мясо птицы,
- орехи,
- зерновые и бобовые,
- фасоль и горох,
- рыба,
-говяжья печень.
Марганец содержится:
- в ржаном хлебе,
- пшеничных и рисовых отрубях,
- сое и горохе,
- картофеле, свекле, помидорах.
Очень богаты марганцем кофе и чай.
1.2 Классификация металлов человеческого организма
Около 30 элементов считаются биогенными, или крайне необходимыми для жизнедеятельности организма. Наиболее важные из биогенных элементов называют «элементами жизни». К ним относятся «металлы жизни» - Ca, K, Na,Mg, Fe, Zn,Cu, Mn, Mo, Co. Среди них микро- и макрометаллы.
Макрометаллы – это химические элементы, содержание в организме которых более 0,005% массы тела.
К макрометаллам относят:
- натрий,
- магний,
- калий,
- кальций.
Совокупная массовая доля макроэлементов в организме человека составляет примерно 99,5%,..
Микрометаллы- это химические элементы, содержащиеся в организме в очень малых количествах. Их содержание не превышает 0,005% массы тела, а концентрация в тканях - не более 0,000001%.
Среди всех микроэлементов в особую группу выделяют так называемые незаменимые микрометаллы.
К незаменимым микрометаллам относят:
- железо,
- медь,
- марганец,
- цинк,
- кобальт,
- молибден,
- хром.
Важные микрометаллы – это такие элементы, регулярное поступление которых с пищей или водой в организм абсолютно необходимо для нормальной его жизнедеятельности.
Незаменимые микрометаллы входят в состав ферментов:
- пепсин,
- амилаза кишечника – трипсин.
Также микрометаллы входят в состав витаминов: тиамин, рибофлавин, в состав гормонов: тироксин, инсулин.
Макро и микрометаллы играют важную роль в биологических процессах живых организмов.

2 Биологическая роль макро – и микрометаллов в организме человека
2.1 Значение макрометаллов
Самые распространенные макрометалы:
- Na-натрий.
- К-калий,
- Ca-кальций,
- Mg-магний.
Натрий. Ионы натрия 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 70г натрия. От концентрации данного иона зависит чувствительность (проводимость) нервов и сократительная способность мышц.
Натрий является макрометаллом организма, как было сказано выше, его содержание в межклеточном пространстве в 15 раз выше, чем внутри клеток (разница обеспечивается специальным натрий-калиевым насосом).
Обмен натрия регулируется гормонами щитовидной железы:
- при их недостатке натрий задерживается в тканях,
- а при гиперфункции щитовидной железы натрий усиленно выводится из организма.
В целом натрий отвечает за такие функции, как:
- поддержание осмотического давления и рН среды,
- формирование электрического потенциала мембран клеток, за счет которого передается сигнал в нервных клетках, мышечных клетках,
- участвует в транспорте через мембраны клеток аминокислот, сахаров, неорганических и органических анионов,
- участвует в переносе оксида углерода в крови,
- усиливает выделение почками различных продуктов метаболизма,
- участвует в гидратации белков и растворении органических кислот,