Глава 8. Медико-биологическая роль элементов V-A группы

Азот по содержанию в организме человека (3,1%) относится к макроэлементам. Если учитывать только массу сухого вещества организма (без воды), то в клетках содержание азота составляет 8-10%. Этот элемент - составная часть аминокислот, белков, витаминов, гормонов. Азот образует полярные связи с атомами водорода и углерода в биомолекулах. Во многих бионеорганических комплексах (металлоферментах) атомы азота по донорно-акцепторному механизму связывают неорганическую и органическую части молекулы.

Вместе с кислородом и углеродом азот образует жизненно важные соединения - аминокислоты, содержащие одновременно аминогруппу с основными свойствами и карбоксильную группу (—СООН) с кислотными свойствами. Аминогруппа выполняет очень важную функцию и в молекулах нуклеиновых кислот. Огромно физиологическое значение азотсодержащих биолигандов - порфиринов, например гемоглобина.

В биосфере происходит круговорот азота. Азотный цикл имеет жизненно важное значение для сельского хозяйства.

Необходимо отметить еще одно важное в биологическом плане свойство азота - его растворимость в воде почти такая же, как у кислорода. Присутствие избытка азота в крови может быть причиной развития кессонной болезни. При быстром подъеме водолазов происходит резкое падение давления, соответственно падает растворимость азота в крови (закон Генри), и пузырьки элементного азота, выходящие из крови, закупоривают мелкие сосуды, что может привести к параличу и смерти.

По содержанию в организме человека (0,95%) фосфор относится к макроэлементам. Фосфор - элемент-органоген и играет исключительно важную роль в обмене веществ. В форме фосфата фосфор представляет собой необходимый компонент внутриклеточной АТФ. Он входит в состав белков (0,5-0,6%), нуклеиновых кислот, нуклеотидов и других биологически активных соединений. Фосфор является основой скелета животных и человека (кальций ортофосфат, гидроксилапатит), зубов (гидроксилапатит, фторапатит).

Многие реакции биосинтеза осуществляются благодаря переносу фосфатных групп от высокоэнергетического акцептора к низкоэнергетическому. Фосфатная буферная система является одной из основных буферных систем крови. Живые организмы не могут обходиться без фосфора. Значение фосфора состоит и в том, что сахара и жирные кислоты не могут быть использованы клетками в качестве источников энергии без предварительного фосфорилирования.

Обмен фосфора в организме тесно связан с обменом кальция. Это подтверждается уменьшением количества неорганического фосфора при увеличении содержания кальция в крови (антагонизм).

Суточная потребность человека в фосфоре составляет 1,3 г. Фосфор настолько распространен в пищевых про–дуктах, что случаи его явной недостаточности (фосфат–ный голод) практически неизвестны. Однако далеко не весь фосфор, содержащийся в пищевых продуктах, может всасываться, поскольку его всасывание зависит от многих факторов: рН, соотношения между содержанием кальция и фосфора в пище, наличия в пище жирных кис–лот, но в первую очередь – от содержания витамина D.

Целый ряд соединений фосфора используют в качестве лекарственных препаратов.

Следует отметить, что фосфорорганические соединения, содержащие связь С-Р, являются сильными нервно -паралитическими ядами, входят в состав боевых отравляющих веществ

По содержанию в организме человека мышьяк относится к микроэлементам. Он концентрируется в печени, почках, селезенке, легких, костях, волосах. Больше всего мышьяка содержится в мозговой ткани и в мышцах. Мышьяк накапливается в костях и волосах и в течение нескольких лет не выводится из них полностью. Эта особенность используется в судебной экспертизе для выяснения вопроса, имело ли место отравление соединениями мышьяка.

Определение мышьяка в биологическом материале проводят в несложном приборе по реакции Марша: к биообъекту добавляют цинк и соляную кислоту. Выделяющийся при реакции водород восстанавливает любое соединение мышьяка до арсина.

Если выделяющийся водород содержит примесь арсина, то при нагревании газовой смеси происходит разложение AsH₃ :

2AsH₃ = 2As° + 3Н₂.

И на стенках трубки для газовыделения образуется черный блестящий налет мышьяка - «мышьяковое зеркало». Реакция Марша весьма чувствительна и позволяет обнаружить 7-10^-7 г мышьяка.

В относительно больших дозах соединения мышьяка очень ядовиты. Как уже упоминалось, токсическое действие соединений мышьяка обусловлено блокированием сульфгидрильных групп ферментов и других биологически активных веществ.

По содержанию в организме человека (10%) сурьма и висмут относятся к микроэлементам. По классификации В. В. Ковальского сурьму и висмут относят к той группе микроэлементов, которые постоянно находятся в живых организмах, но физиологическая и биохимическая роль которых практически не выяснена.

Физиологическая роль сурьмы, очевидно, подобна мышьяку. Ионы мышьяка As и сурьмы Sb и в меньшей степени висмут Bi являются синергистами. Так, известно, что в биогеохимических провинциях с избытком мышьяка в организмах увеличивается содержание не только мышьяка, но и сурьмы. При этом оба элемента накапливаются в щитовидной железе жителей, угнетают ее функцию и вызывают эндемический зоб. Синергизм мышьяка и сурьмы связан с их способностью к образованию соединений с серосодержащими лигандами. Висмут же более склонен связываться с лигандами, содержащими аминогруппы. Так, попадание растворимых соединений висмута в организм приводит к угнетению ферментов амино и карбоксиполипептидазы.

Поступление внутрь организма водорастворимых соединений сурьмы, например стибина SbH₃ , оказывает токсический эффект подобно соединениям мышьяка. Токсичны и соединения висмута при инъекции. Например, для собак смертельная доза составляет 6 мг/кг массы. Однако при попадании большинства соединений сурьмы и висмута в пищеварительный тракт они практически не оказывают ядовитого действия. Слабая токсичность этих соединений обусловлена тем, что соли Sb (III), Bi (III) в пищеварительном тракте подвергаются гидролизу с образованием малорастворимых продуктов, которые не всасываются в стенки желудочно-кишечного тракта.

На этом основано применение лекарственных препаратов сурьмы и висмута, например, нитрата висмута основного.

Заключение

Таким образом, элементы V-A группы( азот, фосфор, мышьяк, сурьма и висмут) имеют огромное значение для жизнедеятельности человека, особенно для медицины, так как они являются основными компонентами структур человеческого тела: азот- входит в состав аминокислот, без которых не возможен биосинтез полипептидов; фосфор является основой скелета животных и человека; мышьяк, сурьма и висмут входят в состав многих структур и тканей. Изучение свойств и особенностей элементов V-A группы и на сегодняшней день является важным направление в химии.

Список литературы

1. Исидоров. Химия атмосферы. М.: Мир, 1991.

2. А. И. Бусев, И. П. Ефимов. Определения, понятия, термины в химии. М.: Просвещение, 1981, 192 с.

3. Рудзитис Г. Е. Химия: Неорган. химия. Орган. Химия: Учеб. для 9 кл. общеобразовательных учреждений. / Г. Е. Рудзитис., Ф. Г. Фельдман. – 10-е изд., испр. – М.: Просвещение, 2001, с. 133 – 139.

4. Экологическая химия азота / www.1september.ru

5. Ахметов Н. С. Учебник для 9 класса общеобразовательных учреждений. М.: Просвещение, 1998 г.

6. Программы для общеобразовательных учреждений: Химия. 8-11 кл. Сост. Н.И.Габрусева. — М.: Дрофа, 2000. — 192 с.

7. Примерная программа среднего (полного) общего образования по химии (профильный уровень). www.edu.ru

8. Асадник В. Н. Неорганическая химия. Блок-схемы, таблицы, формулы: Учеб. пособие. / В. Н. Асадник. – Мн.: Книжный Дом, 2004. – с. 28 – 41.

9. Реми. Неорганическая химия. Т. 1.

10. Олеин С. С., Фадеев Г. Н. Неорганическая химия. Учебник для с/х вузов. М., 1979.

11. Хомченко Г. П. Неорганическая химия. М., 1978.

12. М.Д. Гольдфейн, Н.В. Кожевников, А.В. Трубников, С.Я. Шулов. Проблемы жизни в окружающей среде. Учебное пособие. Химия. 1996г, №16.

13. Денисов В.В., Дрововозова Т.И. и др. // Химия. М.: Р- н/Д, Март, 2003

14. Алпатьев А.М. Развитие и преобразование окружающей среды. Л.: Наука, 1983

15. Богдановский Г.А. Химическая экология. М.: МГУ, 1994.