Министерство Здравоохранения Республики Узбекистан Министерство Высшего и специального образования Республики Узбекистан

Биологически важные d-элементы
d-элементы являются физиологически активными. Многие из них считаются жизненно необходимыми, так как стимулируют процесс кроветворения или оказывают выраженное влияние на него. Они входят в состав многих ферментов, участвуют в биоредокс-процессах в живой клетке. Среди них важное место принадлежит переходным элементам, т.е. элементам, которые имеют незаполненные d подуровни. К ним относятся Си, Zn, Мп, Fе, Со, Ni, Сr, Мо и др.
Медь является d-элементом I группы. Она имеет важнейшее значение для жизнедеятельности организма. Ее физиологическим депо является печень кости, головной мозг. Медь в небольшом количестве также содержится в костях и головном мозге. Медь составляет 1·10^-4% (масс.) организма. Суточная потребность организма в меди составляет 2 – 3 мг. Из этого количества 30% усваивается организмом. В живых клетках медь почти целиком находится в комплексе с белком.
Медь входит в состав многих тканевых белков и ферментов, например, оксидазы, тирозиназы, лактазы, гемоцианина, способных переносить кислород подобно гемоглобину.
Медь входит в состав окислительно-восстановительного фермента – цитохромоксидазы, является неотъемлемой частью молекулы церулоплазмина. Изменение ее содержания приводит к патологическим состояниям. Так, болезнь Вильсона возникает вследствие накопления избыточного количества меди в печени и мозге. При избытке меди блокируется ферментативный процесс, способствующий переходу меди из плазмы в церулоплазмин. При этом поступление меди в печень и включение ее в церулоплазмин резко снижается, а количество меди, связанной с альбумином увеличивается
Медь является незаменимым микроэлементом. В живом организме медь проявляет специфическое действие на процессы кроветворения. Высказываются мнения, что она необходима для превращения неорганического железа в гемоглобиновое. Медь стимулирует созревание ретикулоцитов и переход их в эритроциты. Ее недостаток в организме ведет к развитию острой анемии, диареи у грудных детей, синдрому Менкеса. Синдром Менкеса у детей связан с генетически обусловленным дефектом всасывания иона меди. Его характерные признаки -умственная отсталость, гипотермия, разрушение концов длинных костей и др.
Наряду с тем, что ионы меди могут участвовать в ферментативных процессах в роли переносчика электронов, они могут усиливать процесс образования комплексов и сохранения третичной структуры ферментов. Медь может инактивировать фермент, катализирующий разрушение инсулина – инсулиназу.
Медь повышает активность некоторых гормонов, участвует в ферментном окислении, тканевом дыхании, иммунных процессах, пигментации.
Цинк является биогенным d элементов 1 группы. В организме человека содержится 1·10^-3 %(масс) цинка. Суточная потребность организма в этом элементе составляет 10–15 мг. Цинк, поступающий в организм вместе с пищей, всасывается в верхних отделах тонкой кишки. Затем он поступает в печень, там он депонируется и расходуется по необходимости.
Наибольшее количество цинка обнаруживается в сетчатой оболочке глаза, в железах внутренней секреции, печени, мышцах.
Катион цинка является кофактором целого ряда ферментов, например, карбоангидразы, карбоксипептидазы, алкогольдегидрогеназы и др. Цинк оказывает нормализирующее действие на сахарный обмен, поэтому входит в состав инсулина. Недостаток цинка в питании приводит к замедлению роста, выпадению волос, угнетению половых функций.
Цинк является незаменимым для жизни микроэлементом. Он активно участвует в таких жизненно важных процессах как обмен углеводов, белков и жиров.
Ионы цинка активируют щелочную фосфотазу. Полагают, что ион цинка сохраняет структуру фермента и фиксирует определенные остатки аминокислот. Цинк активирует гормоны гипофиза а также половые гормоны. участвует в кроветворении и деятельности желез внутренней секреции, содействует удалению из организма СО₂
Марганец является биогенным d- элементом VII группы. В организме человека содержится 1-10^-3 % (масс.) марганца. Из пищевых продуктов особенно богатые им красная свекла, помидор, соя, горох, картофель.
Больше всего марганца содержится в мышцах, головном мозге, почках, печени, щитовидной железе, селезенке, костях и т. д. Суточная потребность человека в нем около 6мг. Дети нуждаются в больших количествах этого элемента, так как он способствует нормальному развитию и росту.
Марганец принадлежит к числу немногих элементов, способных существовать в восьми различных состояниях окисления, однако в биологических системах реализуются только два: Мn²⁺ и Мn³⁺, иногда Мn⁴⁺. Вероятность образования и существования в организме анионных форм марганца практически незначительна из-за очень ярко выраженных их окислительных свойства. Мn²⁺ввиду сходства с Мg²⁺может заменять его в комплексах с ДНК. Многие комплексы Мn³⁺, например (Mn(C₂O₄)₃)^3—оксалатный, вполне устойчивы.
Этот элемент благотворно влияет на рост и развитие, на процессы размножения и клеточного деления, окислительного фосфорилирования в тканях печени, усиливает действие гормонов (инсулина и др.) Фотосинтез во многих растениях невозможен в его отсутствии. В крови человека и большинства животных содержится около 0,02мг/л марганца. Он в сочетании с железом, медью и кобальтом влияет на процессы кроветворения, ускоряет образование антител, нейтрализующих вредное действие чужеродных белков. Марганец снижает содержание сахара в крови и благоприятно влияет на состояние больных диабетом. Кроме того, он оказывает липотропное действие и тормозит развитие атеросклероза. Марганец необходим для активации ряда ферментов, например дегидрогеназы и декарбоксилазы. Без ферментов, содержащих марганец, невозможны специфические метаболические процессы, например образование мочи.
Он входит в состав таких ферментов, как аргиназы, фосфотрансферазы, в качестве незаменимого металлокомпонента. Металлоферменты, содержащие марганец, катализируют как гидролитические, так и окислительно-восстановительные процессы. При его участии в организме синтезируется аскорбиновая кислота (витамин С).
Марганец играет значительную роль в обмене веществ. Он влияет на обмен витаминов В₁ и Е. Принимает участие в белковом (повышает распад тканевых белков, понижает отложение жира в организме) и минеральном (способствует усвоению фосфора, кальция, йода) обмене. Его недостаток в рационе может вызвать патологическое ожирение и нарушение процесса окостенения, способствует возникновению эндемического зоба, так как участвует в синтезе гормонов щитовидной железы.
Также марганец участвует в формировании скелета в реакциях иммунитета, в кроветворении и тканевом дыхании.
Избыточное количество марганца действует как яд, вызывая различные расстройства нервной системы.
Железо, кобальт и никель относятся к d – элементам семейства железа. Эти элементы являются физиологически активными и незаменимыми.
Железо – самый распространенный элемент. В организме человека содержится 1·10^-5 % (масс) железа. Железо выполняет важную функцию в физиологии растений, животных и человека Недостаток железа у растений нарушает азотистый и минеральный обмен, у животных вызывает микроцитарную анемию, у человека – алиментарную анемию – снижение уровня гемоглобина. Это жизненно важный элемент. В организме человека содержится 4 -5 г железа. Основным депо являютя эритроциты, печень,селезенка. Уже тот факт, что 60 - 72% содержащегося в организме человека железа находится в гемоглобине, свидетельствует о чрезвычайно важной функции его в процессе кроветворения. В гемоглобине железо находится в виде хелатного комплекса с протопорфирином – гема. Гемоглобин выполняет две биологические функции: своими атомами железа связывает молекулы кислорода и переносит из легких к мышцам, где они передаются молекулам миоглобина; после этого гемоглобин использует несколько аминогрупп для связывания молекул углекислого газа и переносит их обратно в легкие.
В зависимости от связанного лиганда железо находится в том или ином валентном состоянии: Fe²⁺ - в гемоглобине, миоглобине; Fe³⁺ - в каталазе, оксидазах.
Железосодержащие белки обладают различным действием: гемоглобин транспортирует кислород, миоглобин запасает его в связанном виде, цитохром-с-оксидаза восстанавливает кислород до воды, цитохром Р катализирует окисление кислородом, в переносе электрона участвуют цитохромы в и с.
В природе известно большое число железосодержащих белков. Они участвуют в окислительно-восстановительных реакциях, осуществляют перенос электронов при фотосинтезе, фиксации азота, кислорода и т.д Белки называются ферредоксинами. В них входит от одного до восьми атомов железа, связанных через цистеиновые остатки с полипептидными цепями. Железо участвует в процессе кроветворения, дыхания и окислительно-восстановительных реакциях.
Высокой биологической активностью обладает и кобальт. Это жизненно необходимый микроэлемент. Кобальт составляет 1·10^-6 % (масс) организма. Основным депо являются печень, почки, кровь, селезенка, поджелудочная железа, гипофиз, щитовидная железа, яичники, костная ткань. Суточная потребность организма в кобальте составляет около 0,001 мг. Он входит в состав витамина В₁₂ – цианокобаламина. В витамине В₁₂ его содержится 4,0%. Кобальт участвует в синтезе ряда ферментов (глициндипептидазы, холинистеразы, ацилазы), гормона щитовидной железы и др., стимулирует процесс кроветворения, регулирует углеводный обмен.
Он участвует в синтезе гемоглобина, его недостаток вызывает злокачественную анемию. Кобальт участвует в активации многих ферментов, входит в состав этаноламиноксидазы, глицилглицинпептидазы и др.
Соли кобальта усиливают накопление никотинамида и пиридоксина в организме, положительно влияют на белковый обмен, принимают участие в углеводном, минеральном обмене. Избыток кобальта в организме понижает функцию щитовидной железы, избыток его в почве, в продуктах питания влияет на распространение эндемического зоба у человека и животных.
Никель по своему поведению в биосистемах близок к кобальту. В организме человека содержится 1·10^-6 % (масс) никеля. Он концентрируется в печени, почках, поджелудочной железе, гипофизе, коже, в роговице глаз. В настоящее время появляются данные о специфическом влиянии никеля на ферментативные процессы, например, обнаружено его вхождение в состав уреазы, участвующей в расщеплении мочевины. Никель октивирует фермент ангидразу,бб влияет на окислительные процессы и углеводный обмен. Он входит в состав инсулина. Есть взгляды о жизненной необходимости этого элемента.
Хром и молибден являются физиологически активными d –элементами VI группы. Хром широко распространен в растительном и животном мире, однако о его физиологической роли в настоящее время известно немного.В организме человека содержится 1 · 10^-5 % (масс) хрома. Он концентрируется в волосах и ногтях. Хром принимает участие в обмене глюкозы, влияет на углеводный баланс при диабете. Он входит в активный центр фермента трипсина а также активирует окислительные процессы. Есть данные о сходстве его биологического действия с марганцем.
Молибден имеет физиологическое значение и для растений, и для человека. В организме человека содержится 1·10^-5 % масс) молибдена. Он концентрируется в печени, почках, надпочечнике, пигментной оболочке глаза. У растений он способствует усвоению азота, входит в состав фермента нитратредуктазы. В животном организме молибден входит в состав тканевых белков и многих ферментов: ксантиноксидазы, гидрогеназы, ксантиндегидрогеназы, сульфитоксидазы, альдегидоксидазы. Молибден ускоряет рост, избыток его приводит к молибденовой подагре.