Биологическая функция s- и p-элементов

- Воздух;

- Продукты питания растительного и животного происхождения.

Наиболее  известные используемые человеком  соединения:

А1₂О₃ — оксид алюминия, глинозем, корунд, сапфир, рубин

А1₂О₃·2SiO₂ ·2Н₂О — силикат алюминия, белая глина, каолин

 

Суточное поступление алюминия в организм с продуктами питания составляет 45 мг, а с воздухом — 0.01 мг.

Силикат алюминия (белая глина, каолин А1₂О₃·2SiO₂ ·2Н₂О) применяется наружно в виде присыпок, мазей и паст при лечении кожных заболеваний. Гидроксид алюминия А1(ОН)₃ вместе с оксидом магния MgO входят в состав комбинированного препарата «Альмагель», оказывающего обволакивающее действие. Фосфат алюминия   А1РО₄ обладает противоязвенным, адсорбирующим действием, снижает кислотность желудка. 

 

Таллий (Thallium)

Роль в жизни  животных и человека

Из животных больше всего  таллия содержат медузы, актинии, морские звезды и другие обитатели морей. У млекопитающих таллий хорошо всасывается из желудочно – кишечного тракта, накапливаясь главным образом в селезенке и мышцах.

Таллий поступает в  организм человека вместе с пищей. У  человека ежесуточное поступление таллия с продуктами питания и водой составляет около 1.6 мкг, с воздухом – 0.05 мкг. Обнаружен таллий в крови, костях, волосах, ногтях, эмали зубов. Он способен накапливаться в почках, мышцах, железах эндокринной системы и в семенниках.

Ионы таллия обладают сходными свойствами с ионами калия  и способны замещать друг друга в  ферментах. Скорость проникновения Tl⁺ через клеточную мембрану внутрь клетки в 100 раз выше, чем у K⁺. Это вызывает резкое смещение равновесия Na/K, что приводит к функциональным нарушениям нервной системы. Таллий способен нарушать работу различных ферментов, препятствует синтезу белка в клетках. Так как таллий – это микроаналог калию, то токсичность его соединений для человека значительно выше, чем у свинца и ртути. Таллий и его соединения очень ядовиты, высоко токсичны для млекопитающих и человека. Летальная доза таллия для человека 600 мг.

Отравления таллием  и его соединениями возможны при  их получении и практическом использовании. Таллий проникает в организм через органы дыхания, неповрежденную кожу и пищеварительный тракт. Выводится из организма в течении длительного времени, преимущественно с мочой и калом. Острые и хронические отравления имеют сходную клиническую картину, различаясь выраженностью и быстротой возникновения симптомов. В острых случаях через 1-2 суток появляются признаки поражения желудочно – кишечного тракта (тошнота, рвота, боли в животе, понос, запор) и дыхательных путей. Через 2-3 недели наблюдается выпадение волос, явления авитаминоза (сглаживание слизистой оболочки языка, трещины в углах рта и т.д.). В тяжелых случаях могут развиться полиневриты, психические расстройства, поражение зрения и др. Профилактика профессиональных отравлений: механизация производственных процессов, герметизация оборудования, вентиляция, использование средств индивидуальной защиты.

Основные  источники поступления в организм:

- Продукты животного и растительного  происхождения. 

Наиболее известные  используемые человеком соединения:

Tl₂S – сульфид таллия (I).

TlCl₃ – хлорид таллия (III).

TlBr – бромид таллия (I).

 

Суточное поступление  таллия в организм с продуктами питания  составляет 0.0015 мг.

Ряд изотопов таллия (¹⁹⁹Tl, ²⁰¹Tl) используется в медицине при исследовании нарушений сердечнососудистой деятельности, венографии и др.

 

IVA группа

Углерод (Carboneum)

Углерод — биоэлемент, структурная единица всех органических соединений, участвующих в построении организмов и обеспечении их жизнедеятельности, — белков, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот, витаминов, гормонов. Все живое, составляющее биосферу, построено из соединений углерода.

Роль  в жизни животных и человека

В организме животных углерод составляет в среднем 21% по массе. В составе карбоната  кальция СаСО₃ углерод образует наружный скелет многих беспозвоночных, содержится в кораллах, яичной скорлупе. Углерод составляет 2/3 массы мышц и 1/3 массы костной ткани.

Углеродные соединения — это носители жизни: белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты, витамины  и др. Углерод необходим для процессов обмена веществ. В процессе жизнедеятельности организмов происходит, окислительный распад органических соединений с выделением во внешнюю среду углекислого газа СО₂. Этот газ, растворенный в биологических жидкостях и природных водах, участвует в поддержании оптимальной для жизнедеятельности кислотности среды.

Окисление соединений углерода под действием кислорода приводит к образованию воды и углекислого газа; этот процесс служит для организма источником энергии. Двуокись углерода СО₂ (углекислый газ) образуется в процессе обмена веществ и является стимулятором дыхательного центра, играет важную роль в регуляции дыхания и кровообращения.

Основные  источники поступления в организм:

- Кожица всех фруктов  и овощей;

- Бобовые: горох, зеленый горошек, чечевица, соя, бобы, фасоль;

- Овощи: шпинат, морковь, репа, листья молодых одуванчиков, сельдерей, спаржа, капуста, свекла, картофель, огурцы, редис, салат, лук, ботва моркови, репы, редиски, зеленые зерна пшеницы;

- Фрукты и ягоды: яблоки, вишня, крыжовник, земляника, абрикосы, смородина, ежевика, апельсины, ананасы, персики, виноград;

- Кисломолочные продукты;

- Яйца.

Наиболее  известные и используемые человеком  соединения:

СО₂ — оксид углерода (IV), углекислый газ;   
Н₂СО₃ — угольная кислота; 

  СаСО₃ — карбонат кальция;    

С₆Н₁₂О₆ — глюкоза;

  СО — оксид углерода (II), угарный газ.

Рисунок 5 – Молекула глюкозы С₆Н₁₂О₆

 

Кремний (Silicium)

Роль  в жизни животных и человека

Содержание кремния  в животных организмах составляет в среднем 0.0001% по массе. Раковинные амебы, радиолярии, фораминиферы — все эти представители простейших одноклеточных организмов имеют скелеты из кремнезема — оксида кремния (IV). У губок, морских звезд и ежей основу скелета также составляет двуокись кремния. В организме вышеназванных животных кремния намного больше, чем у других. Кремний является составной частью соединительных тканей.

В человеческом организме  кремний есть практически повсеместно, больше всего — в костях, коже, стенках аорты, трахеях, связках, суставах, волосах, лимфоузлах, в некоторых железах. Кремний способствует общему укреплению тканей, придает гибкость сосудам, стимулирует рост волос и ногтей. Обеспечивает проведение импульсов в нервной системе, эластичность сосудов, нормализацию энергетических процессов.

Содержание кремния  в крови незначительно, однако, когда  оно уменьшается, человек начинает «чувствовать погоду», ухудшается его  психическое состояние, волосы становятся тонкими и ломкими, начинается облысение, кожа теряет эластичность. Хрусталик глаза содержит в 25 раз больше кремния, чем глазная мышца. Гомеопаты считают, что один из видов катаракты лечится соединениями кремния.

В прежние времена  соединения кремния использовали для лечения астмы, простуды. Дистрофия, эпилепсия, ревматизм, ожирение, атеросклероз — вот болезни, с которыми сегодня успешно справляется кремний. Но с другой стороны, давно известно серьезное заболевание — силикоз, вызываемое длительным вдыханием пыли, содержащей свободный SiO₂ оксид кремния (IV). Таким болезням подвержены шахтеры.

Основные  источники поступления в организм:

- Продукты растительного происхождения: сельдерей, огурцы, листья молодых одуванчиков, лук-порей, шпинат, клубника, редис, семена подсолнечника, помидоры, репа, тыква, а также травы: полевой хвощ, собачник аптечный, медуница, проросшие зерна пшеницы, овса, ржи, ячменя;

- Продукты животного происхождения: кисломолочные продукты.

Наиболее известные  и используемые человеком соединения:

SiO₂ – оксид кремния (IV), песок, кремнезем, горный хрусталь (кварц), аметист, агат, сердолик (кварц), яшма;

SiF₄ – фторид кремния.

 

Суточное поступление кремния  в организм с продуктами питания  составляет 3 мг, а с воздухом 15 мг.

В медицине препараты, содержащие кремний, используют для профилактики и лечения остеопороза, атеросклероза, заболеваний ногтей, кожи и волос.

 

 

 

 

 

Олово (Stannum)

Роль в жизни животных и человека

В организме животных содержание олова выше, чем в организме растений. Так, например, в жирной рыбе содержание олова может достигать 130 мкг/г.

В организме человека олово присутствует в тканях в  концентрациях от 0.5 до 4.0 мкг/г. Больше всего олова содержится в эмали зубов (до 93 мг/кг), в ногтях (до 12 мг/кг) и в костях (до 1.4 мг/кг). На почки, сердце и тонкий кишечник приходится 0.1 мкг/г. В мозге новорожденных олово не обнаруживается.

Олово входит в состав желудочного фермента гастрина, оказывает влияние на активность флавиновых ферментов, способно усиливать процессы роста.

Выводится олово из организма  с мочой, калом и потом. Токсичной дозой для человека является 2 г олова.

Основные  источники поступления в организм:

- Продукты растительного происхождения: овощи;

- Продукты животного происхождения: жиры, жирная рыба.

Наиболее  известные и используемые человеком  соединения:

SnS₂ — дисульфид олова, сусальное золото;

SnO₂ — оксид олова, касситерит, оловянный камень;

Cu₂FeSnS₄ — станин, оловянный колчедан.

 

Суточное поступление  олова в организм человека с продуктами питания составляет 0.004 мг.

 

Свинец (Plumbum)

Роль  в жизни животных и человека

Среднее содержание свинца в организме взрослого человека массой 70 кг составляет 120 мг. В среднем человек за сутки поглощает 26 - 42 мкг свинца. В норме в костях содержание свинца составляет 20 мг/кг, печени — 1 мг/кг, почках — 0.8 мг/кг, головном мозге — 0.1 мг/кг. Биологический период полураспада в костях около 10 лет. Количество свинца, накопленного в костях, с возрастом увеличивается, и в 30 - 40 лет у лиц, по роду занятий не связанных с загрязнением свинцом, составляет 80 - 200 мг.

Свинец активно влияет на синтез белка, энергетический баланс клетки и ее генетический аппарат, участвует в обменных процессах костной ткани. Свинец нарушает синтез порфинов и гемма, угнетая ряд ферментов. Свинец предрасполагает к развитию атеросклероза. Дети более чувствительны к нему, чем взрослые.

В больших концентрациях  свинец — яд, действующий на все  живое, вызывающий изменения, особенно в нервной системе, крови и  сосудах. Токсичная доза свинца для человека составляет 1 мг, а летальная — 10000 мг.

Основные  источники поступления в организм:

-Вдыхаемый воздух;

- Продукты, содержащие  свинец.

Наиболее  известные и используемые человеком соединения:

РbО₂ — оксид свинца (IV); 

Рb(СН₃СОО)₂ — ацетат свинца;

Рb₃О₄ — сурик.

 

Суточное поступление свинца в организм с продуктами питания составляет 0.44 мг, а с водой — до 0.1 мг.

 

VA группа

 

Азот (Nitrogenium) 

Азот — биоэлемент, является струк- турной единицей органических соединений, участвующий в построении организмов и обеспечении их жизнедеятельности. Входит 
в состав важнейших биополимеров, таких как белки, нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК), а также в состав некоторых витаминов и гормонов. В воздухе азота содержится 
78% по объему и 75.50% по массе.

Роль  в жизни животных и человека:

Животные и человек  получают азот в виде белков и других азотсодержащих продуктов их растений и животных (рис.6). В животном организме содержится от 1 до 10% азота (по массе), в шерсти и в рогах — около 15%.

Азот необходим для процессов обмена веществ. Все важнейшие части клеток (цитоплазма, ядро, оболочка и др.) построены из белковых молекул.

Белки — необходимая  составная часть питания человека. Азот поступает в организм с пищевыми продуктами, в состав которых входят белки и другие азотсодержащие вещества. Эти вещества расщепляются в желудочно-кишечном тракте и затем всасываются в виде аминокислот и низкомолекулярных пептидов, из которых организм строит свои собственные аминокислоты и белки. Некоторые необходимые для жизни аминокислоты (так называемые незаменимые аминокислоты: валин, лейцин, изолейцин, треонин, фенилаланин, триптофан, лизин, аргинин, гистидин, метионин) организм человека синтезировать не способен и получает их с пищей в «готовом» виде.

Рисунок 6 - Модель молекулы ДНК. Серым цветом показаны атомы водорода, красным — кислорода, розовым — фосфора, черным — углерода, синим — азота.

 

Физиологическая роль азота  в организме связана, прежде всего, с белками и аминокислотами, их метаболизмом, участием в жизненно важных процессах. Аминокислоты являются исходными соединениями при биосинтезе белков, гормонов, витаминов, пигментов и др. веществ. Белки в живом организме выполняют ряд жизненных функций: пластическую (входят в состав органоидов клеток, тканей, органов); ферментативную (являются биологическим катализаторами химических реакций); сократительную (обеспечивают механизм движения в клетке и организме); транспортную (переносят вещества); запасную (обеспечивают формирование организма в яйце, икринке); защитную (способствуют формированию иммунитета) и др.